Đề tài: Đo sức căng bề mặt I. Tổng quát 1. Khái niệm Sức căng bề mặt là một xu hướng bảo thủ của bề mặt của một chất lỏng, cho phép nó để chống lại một lực lượng bên ngoài. Sức căng bề mặt là một tài sản quan trọng đáng kể ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Sức căng bề mặt tiếp xúc, ví dụ, bất cứ lúc nào một đối tượng hoặc côn trùng (ví dụ như loài nhện nước) đó là nặng hơn nước có thể nổi hoặc chạy dọc theo mặt nước. Tại giao diện chất lỏng không khí, sức căng bề mặt quả từ sự hấp dẫn lớn hơn của các phân tử nước với nhau (do sự gắn kết) so với không khí (do dính ). Ảnh hưởng thực là một lực lượng vào bên trong bề mặt của nó làm cho nước hành xử như thể bề mặt của nó được bao phủ bởi một màng đàn hồi kéo dài. Vì sự hấp dẫn tương đối cao của các phân tử nước với nhau, nước có một sức căng bề mặt cao (72,8 millinewtons mỗi mét ở 20°C) so với hầu hết các chất lỏng khác. Sức căng bề mặt là một yếu tố quan trọng trong hiện tượng mao dẫn. Sức căng bề mặt được định nghĩa là lực căng trên một đơn vị chiều dài cắt ngang bề mặt. Trong hệ đo lường quốc tế, sức căng bề mặt được đo bằng Newton trên mét (N/m). Sức căng bề mặt có thể được định nghĩa là σ = F s / l (1) Trong đó: σ: sức căng bề mặt (N / m) F s : lực kéo dài (N) l: đơn vị chiều dài (m) J = N.m (A = F.S) 1dyne = 10-5N Trang 1 Đề tài: Đo sức căng bề mặt 1dyne/cm=10-7N.m Sức căng bề mặt có kích thước của lực lượng trên một đơn vị chiều dài , hoặc năng lượng trên một đơn vị diện tích. Hai là tương đương, nhưng khi đề cập đến năng lượng trên mỗi đơn vị diện tích, người dùng thuật ngữ bề mặt năng lượng -đó là một thuật ngữ tổng quát hơn trong ý nghĩa là nó cũng áp dụng cho chất rắn và không chỉ chất lỏng. Trong khoa học vật liệu, sức căng bề mặt được sử dụng cho cả hai bề mặt căng thẳng hoặc bề mặt năng lượng miễn phí . 2. Nguyên nhân Các lực lượng gắn kết giữa các phân tử chất lỏng chịu trách nhiệm về hiện tượng căng bề mặt. Trong phần lớn các chất lỏng, mỗi phân tử được kéo bằng nhau ở mọi hướng bởi các phân tử chất lỏng lân cận, kết quả là một hợp lực bằng không. Các phân tử trên bề mặt không có các phân tử khác trên tất cả các mặt của họ và do đó được kéo vào bên trong. Điều này tạo ra một số áp lực nội bộ và các lực lượng bề mặt chất lỏng ký hợp đồng với diện tích tối thiểu. Sức căng bề mặt chịu trách nhiệm về hình dạng của các giọt chất lỏng. Mặc dù dễ dàng bị biến dạng, những giọt nước có xu hướng bị kéo vào một hình cầu của các lực lượng gắn kết của các lớp bề mặt. Trong trường hợp không có các lực lượng khác, Trang 2 Đề tài: Đo sức căng bề mặt trong đó có lực hấp dẫn , giọt hầu như tất cả các chất lỏng sẽ được hoàn toàn hình cầu. Hình cầu tối thiểu cần thiết "bức tường căng thẳng" của lớp bề mặt theo pháp luật Laplace . Một cách khác để xem sức căng bề mặt là về năng lượng. Một phân tử tiếp xúc với một người hàng xóm ở trong trạng thái năng lượng thấp hơn so với khi nó ở một mình (không tiếp xúc với một người hàng xóm). Các phân tử bên trong có nhiều hàng xóm khi họ có thể có thể có, nhưng các phân tử ranh giới được các nước láng giềng mất tích (so với các phân tử bên trong) và do đó có năng lượng cao hơn. Cho chất lỏng để giảm thiểu trạng thái năng lượng của nó, là số phân tử ranh giới năng lượng cao hơn phải được giảm thiểu. Số lượng tối thiểu của các phân tử ranh giới kết quả trong một diện tích bề mặt nhỏ nhất. Là kết quả của diện tích bề mặt giảm thiểu, một mặt sẽ cho rằng hình dạng mượt mà nó có thể (bằng chứng toán học mà hình dạng "trơn tru" giảm thiểu diện tích bề mặt dựa trên việc sử dụng các phương trình Euler-Lagrange ). Từ bất kỳ độ cong trong các kết quả hình dạng bề mặt diện tích lớn hơn, một năng lượng cao hơn cũng sẽ cho kết quả. Do đó bề mặt sẽ đẩy lùi chống lại bất kỳ độ cong theo cách tương tự như một quả bóng bị đẩy khó khăn sẽ đẩy lùi để giảm thiểu năng lượng tiềm năng hấp dẫn của nó. 3. Các phương pháp đo sức căng bề mặt Sức căng bề mặt được đo bằng tensiometers và một số kỹ thuật được mô tả trong các tài liệu . Phương pháp phổ biến nhất được liệt kê dưới đây . Gắn liền với việc chính xác nhất của những kỹ thuật này là để đo trọng lượng của khum . Theo đó, nó thực sự là chất lượng của sự cân bằng mà quyết định chất lượng của các dữ liệu đo. Đây cũng là lý do tại sao Kibron nhanh hơn so với tất cả các tensiometers cạnh tranh , không có trường hợp ngoại lệ . Tuy nhiên , đây chỉ là một trong những bí mật đằng sau hiệu suất tuyệt vời của Kibron : sản phẩm của chúng tôi đã cách mạng hóa việc đo lường sức căng bề mặt cũng vì của việc sử dụng kỹ thuật đo lường chính xác nhất . Trang 3 Đề tài: Đo sức căng bề mặt 3.1. Phương pháp kéo tối đa trên một cây gậy ( Du Noüy - Padday ) - phương pháp lựa chọn Điều này biến thể độ chính xác cao của phương pháp Du Noüy được phát triển bởi Padday et al (J Chem Soc Far Trans I 71: 1919-1931, 1974). Kỹ thuật này rất đơn giản: một thanh mỏng (thay vì một chiếc nhẫn hay một tấm) được đắm mình vào mẫu và sau đó kéo ra ngoài và lực lượng tối đa được đo. Đường kính của đầu dò là không thích hợp và chỉ khi đường kính thay đổi cần có để xác định lại. Này là tự động và nhanh chóng trong tất cả các công cụ Kibron. Khi hiệu chuẩn được thực hiện bằng cách sử dụng một chất lỏng với một sức căng bề mặt được biết đến không có nhu cầu sửa chữa. Trọng lượng của khum chỉ phụ thuộc vào sức căng bề mặt, đường kính thanh , và mật độ của chất lỏng (xem bài viết ở trên của Padday et al. ) . 3.2. Phương pháp Wilhelmy tấm Một tấm mỏng ( chu vi khoảng 40 mm) được hạ xuống với bề mặt của chất lỏng và lực lượng xuống để tấm được đo. Sức căng bề mặt là lực lượng chia cho chu vi của tấm . Chu vi dài được sử dụng để bù đắp cho sự thiếu nhạy cảm của sự cân bằng . Ví dụ: Đối với một tấm Wilhelmy với chiều dài ướt 40 mm khum các nước nặng 492 mg. Tấm phải được hoàn toàn bị ướt trước khi đo để đảm bảo rằng các góc tiếp xúc giữa các tấm và chất lỏng là số không. Nếu điều này là không đúng sự thật phương Trang 4 Đề tài: Đo sức căng bề mặt pháp Wilhelmy là không hợp lệ. Để có kết quả tái sản xuất vị trí của các tấm phải được duy trì liên tục, có nghĩa là đầu dưới của tấm là chính xác trên cùng cấp hơn so với bề mặt chất lỏng . Tuy nhiên, cho kết quả chính xác các giá trị đo cần được sửa chữa cho nổi . Thỉnh thoảng người ta vẫn thấy một giấy lọc được sử dụng thay vì một Pt- tấm, đặc biệt là ở chi phí thấp Langmuir - đáy và tensiometers. Lợi ích của giấy lọc là làm ướt là rất hiệu quả. Tuy nhiên, nhược điểm là một sự mất mát đáng kể về vật chất, cũng được biết đến "hiệu ứng sắc ký ". Cách dễ nhất để thấy điều này là bao gồm một số lượng nhỏ của một đánh dấu huỳnh quang (ví dụ như lipid huỳnh quang ) vào lớp tế và ghi lại các áp lực bề mặt. Đầu tiên, bạn sẽ thấy rằng thời gian cần thiết để đạt được trạng thái cân bằng dài vì hấp phụ của vật liệu giấy lọc. Thứ hai, nếu bạn kiểm tra sự phát huỳnh quang trên giấy lọc UV- chiếu sáng, bạn sẽ thấy một số lượng đáng kể của chất huỳnh quang tích lũy ở trên cùng của tờ giấy lọc. Điều này chủ yếu là sắc ký trên giấy lọc chất béo của bạn và các tài liệu điện ảnh khác. Chúng tôi không bao giờ khuyên bạn sử dụng giấy lọc. 3.3. Phương pháp Du Noüy vòng Một vòng ( chu vi tiêu chuẩn khoảng 60 mm) được kéo qua chất lỏng, giao diện không khí và lực lượng xuống tối đa cho vòng được đo. Phương pháp này không chỉ đạo. Người ta phải sử dụng hệ số điều chỉnh mà có hạch toán kích thước của vòng (chu vi, dây vòng dày và ảnh hưởng của hai bên đối diện bên trong của vòng để đo lường), cũng như điều chỉnh cho nổi. Một yếu tố khác làm cho kỹ thuật này dễ bị lỗi là hình học vòng phải không bị bóp méo hoặc sứt mẻ. Đây là lý do tại sao các công ty bán các công cụ sửa chữa chiếc nhẫn. Tuy nhiên, sửa Trang 5 Đề tài: Đo sức căng bề mặt chữa này hiếm khi làm việc và để được ở bên an toàn tốt nhất là mua một Pt -ring mới. Thật không may, đây là khá tốn kém. 3.4. Phương pháp mặt dây chuyền thả Chất lỏng được bơm từ một cây kim để nó tạo thành một thả trên đầu kim . Sự sụt giảm sau đó quang học quan sát và sức căng bề mặt được tính từ hình dạng của sự sụt giảm. Cho tensiometers, sử dụng phương pháp này, một công cụ máy tính điều khiển và phần mềm tinh vi là bắt buộc. 3.5. Phương pháp quay thả Phương pháp này được sử dụng khi các giá trị sức căng bề mặt rất thấp mà tensiometers, sử dụng các phương pháp trên không thể đạt được phạm vi đo. Một giọt nhỏ của mẫu được tiêm bên trong một ống mỏng với chất lỏng khác. Ống sau đó được quay ở tốc độ cao và sức căng bề mặt bề được tính từ tốc độ góc của ống và hình dạng của sự sụt giảm. Trang 6 Đề tài: Đo sức căng bề mặt 3.6. Phương pháp bong bóng áp lực Trong phương pháp này một ống mao dẫn là lần đầu tiên đắm mình trong mẫu chất lỏng. dòng chảy sau đó liên tục của khí bị tẩy qua ống hình thành bong bóng nhỏ vào chất lỏng. Áp lực cần thiết để tạo thành một bong bóng được đo và sức căng bề mặt của mẫu được tính từ chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài bong bóng và bán kính của bong bóng. Loại tensiometers được sử dụng trong nhiều phép đo "on-line". Tuy nhiên, phạm vi của những căng thẳng bề mặt tiếp cận với phương pháp này là hạn chế và làm sạch của hệ thống là khó khăn, dẫn đến sai lệch. II. Tìm hiểu thiết bị đo 1.Giới thiệu Máy đo sức căng bề mặt Kibron AquaPi là pin đầu tiên hoạt động và là tensiometer di động, nó phục vụ cho hầu hết các lĩnh vực hoạt động và các phép đo tại chỗ. Với AquaPi bạn có thể đo sức căng bề mặt dễ dàng và nhanh chóng, thực tế bất cứ nơi nào. Độ nhạy và độ chính xác của AquaPi là rất cao , chỉ cần xem các ghi chú ứng dụng trong phần kỹ thuật. Trang 7 Đề tài: Đo sức căng bề mặt 2. Cấu tạo  DyneCups Chịu hóa chất độc quyền PP.1-3 ml mẫu volume.Disposable và recyclable.Contamination miễn phí.  DyneCups thủy tinh Cuvette thể tái sử dụng cho các yêu cầu đo. Cũng có sẵn mà không có một lỗ chích.  DyneProbe Trang 8 Đề tài: Đo sức căng bề mặt Chịu hóa chất. Thực hiện cho wettability bề mặt tốt. Du Noüy-Padday kỹ thuật. Thăm dò phù hợp với khối lượng mẫu nhỏ.  Công cụ xử lý DyneProbe Công cụ an toàn và dễ dàng làm sạch, thêm và loại bỏ các DyneProbes từ AquaPi, EZPiplus, MTXS, MTXL, DeltaPi, và DeltaPi-4.  Trạm bảo trì thăm dò Trang 9 Đề tài: Đo sức căng bề mặt Lý tưởng để lưu trữ và duy trì DyneProbes, đặc biệt là khi được sử dụng với công cụ xử lý DyneProbe.  Butan ngọn đuốc Butan ngọn đuốc để làm sạch DyneProbes. Ngọn đuốc là một GB-2001, sản xuất bởi Prince. 3. Tính năng và thông số kĩ thuật 3.1. Tính năng Kibron AquaPi - tại nhà và ở khắp mọi nơi : Trang 10 [...]...Đề tài: Đo sức căng bề mặt Trong lĩnh vực này và trong phòng thí nghiệm , trong lớp học, trong nhà máy lọc dầu , nhà máy sữa , nhà máy lọc nước , các nhà máy mạ crôm , trong đánh giá an toàn thực vật, chỉ đề cập đến một vài ví dụ  AquaPi - đo sức căng bề mặt chính xác và nhanh chóng Một công cụ chính xác cao dễ dàng sử dụng cho nghiên cứu cơ bản trong hóa học bề mặt Tensiometer AquaPi... khiển để máy bắt đầu tiến hành đo Quá trình đo chỉ kéo dài khoảng 30 giây Nguyên lý hoạt động của máy dựa theo phương pháp Du Noüy Trang 12 Đề tài: Đo sức căng bề mặt Sau đó, kết quả đo sẽ được hiển thị ở màn hình đồng hồ đo Đọc và ghi lại kết quả 5 Hãng và nước sản xuất Model: AquaPi Hãng : Kibron Inc Nước sản xuất: Hoa Kỳ III Kết quả Dung dịch chất lỏng Sức căng bề mặt ( N/m) Axit axetic 0,028... 0.022 Alcohol, Chà rượu, Sec-propyl Rượu, sPropanol n-Hexane 0,018 n-octan 0.022 Propanol 0,0237 Trang 13 Đề tài: Đo sức căng bề mặt Toluene 0,0284 Nước ở 20 o C 0,0729 Tài liệu tham khảo 1 www.kibron.com 2 www.selectscience.net 2 http://youtu.be/vk5-6kxu1vI Trang 14 Đề tài: Đo sức căng bề mặt Trang 15 ... cơ ô nhiễm AquaPi là tuyệt vời cho các nghiên cứu hóa học bề mặt cơ bản và sử dụng giáo dục Hơn nữa, nó là lý tưởng cho trên trang web giám sát chất lượng nước, cung cấp cảnh báo ngay lập tức cho sự hiện diện của ví dụ dung môi , dầu và chất tẩy rửa trong các mẫu nước ngầm Trang 11 Đề tài: Đo sức căng bề mặt 3.2 Thông số kĩ thuật  Phạm vi đo: 10-100 mN / m  Độ chính xác / độ nhạy cảm: 0.1mN / m... công nghiệp mạ kim loại tuyệt vời cho các nhà máy lọc dầu để giám sát nước chua, một tensiometer thiết kế để sử dụng trong phòng thí nghiệm bên ngoài AquaPi rất nhanh và dễ sử dụng , không đòi hỏi đào tạo đặc biệt Thời gian hiệu chuẩn là ngắn và đo lường được thực hiện trong vòng chưa đầy 30 giây, với một đọc kỹ thuật số rõ ràng cho các giá trị sức căng bề mặt Khối lượng cuvette giữa các ý kiến chỉ... một lần đo: Khoảng 30 giây  Điện / truyền thông: 15 V DC (đầu vào 100 - 240 VAC) 4.Nguyên lý hoạt động Máy đo AquaPi rất tiện dụng (có thể di chuyển mọi nơi), hoạt động của máy cũng tương đối đơn giản Trước hết, ta đổ dung dịch chất lỏng vào dyne cup đã được rữa sạch bằng nước tinh khiết và lau khô, lượng dung dịch cần đo chỉ khoảng 3 ml, sau đó đậy nắp vỏ lại Nhấn nút ON trên hộp điều khiển để máy bắt