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界面是指兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區,如其中一相為氣體,這種界面通常稱作為表面。 嚴格說表面應是液體和固體與其飽和蒸汽之間的界面,但習慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。常見的界面有:氣-液界面,氣-固界面,液-液界面,液-固界面,固-固界面。 與表面張力不同,處在界面層的分子,一方面受到體相內相同物質分子的作用,另一方面受到性質不同的另一相中物質分子的作用,其作用力未必能相互抵消。因此界面張力通常要比表面張力小得多。

1 界面張力儀 -簡介

  界面張力儀一般測試的是液-液的界面張力或液-氣的表面張力。

2 界面張力儀 -分類

  界面張力儀根據測試原理的不同可分為二種:鉑金環法和鉑金板法(請參見右圖)。鉑金環法

  鉑金環法是一種傳統的測試方法,從發明到現在有約70年左右的時間。它是用直徑0.37mm的鉑金絲做成周長為60mm的環。測試時先將鉑金環浸入二種不相混合液體的界面(或液面)下2-3mm,然後再慢慢將鉑金環向上提,環與液面會形成一個膜。膜對鉑金環會有一個向下拉的力,測量整個鉑金環上提過程中膜對環所作用的最大力值,再換算成真正的界面(表面)張力值。由於這種方法測試起來比較麻煩,測試誤差也比較大,已迅速被鉑金板法所取代。鉑金板法

  鉑金板法應用的歷史在國外也不到20年,進入國內就更晚了。基於鉑金板法的表面/界面張力儀技術要求高、製造難度大,真正被國內用戶廣泛使用的還是近幾年隨著國產鉑金板法的全自動表面/界面張力儀的研發成功並投入市場。
  鉑金板法是用24mm×10mm×0.1mm的鉑金板,表面進行噴砂粗化處理,為的是更好地與被測液體潤濕。測試時將鉑金板輕輕地接觸到界面(或表面),由於液體表面張力的作用會將鉑金板往下拉,當液體的表面張力及其他相關的力與儀器測試的反向的力達到平衡時,測試值就穩定不變,如果是蒸餾水、乙醇等純物質,整個測試過程最快只有幾秒鐘。鉑金板法具優點

  鉑金板法測量的是液體的界面(或表面)張力的平衡值,鉑金環法測試的是液體的界面(或表面)的最大力值。相比較,鉑金板法具有如下的優點:
  1.鉑金板法可測量液體界面(或表面)張力隨時間的變化:鉑金板法測量時是一直接觸被測液體的,只要液體的界面(表面)張力發生變化,測試值就會有變化,如果選用數據處理軟體還可觀測的界面(表面)張力隨時間的變化曲線。
  2.可方便地測量中高粘度液體的表面張力:鉑金環法測試時需要鉑金環向上提升,在此過程中除了表面張力的作用外還有粘力作用。
  3.測試精度高:鉑金板不易變形,鉑金環太容易變形。環的不規則圓、不平整會影響界面(表面)張力的測試精度
  4.使用方便:鉑金板測試值就是表面張力值,不需換算;鉑金環測試的是最大力值,需要換算。鉑金板清洗方便,不易變形。技術更新

  此外,隨著科技水平的不斷發展,應用到界面/表面張力儀上的新技術也層出不窮,比如「準確性自動 校正功能」、「溫度自動補償功能」就是典型的例子。這些具有較高水準且非常實用的全新技術,既能提高儀器的測試精度、又能延長儀器的使用壽命、降低儀器的使用成本。
  上海方瑞儀器有限公司生產的QBZY系列全自動界面/表面張力儀,即可以使用鉑金環法,也可使用鉑金板法,

3 界面張力儀 -主要特點

  QBZY系列全自動界面/表面張力儀主要特點:
  1. 鉑金板、鉑金環、鉑金馬鐙形三種測試方法兼用;
  2. 全自動測量,鉑金板測試時,顯示值即為表面張力值;
  3. 使用白金環測試方法時,顯示值自動鎖定試樣的最大力值,然後通過附送的計算軟體計算表面張力值或選用數據處理軟體由計算機自動計算;
  4. 鉑金環尺寸:絲半徑為0.185mm,環半徑為9.55mm,環周長為60mm;
  5. 使用鉑金環測試方法時,完全符合下列國內、國際標準:
  GB/T 22237-2008 表面活性劑 表面張力的測定
  JB/T 9388 - 2002 界面張力儀技術條件
  JB/T 18396-2001 天然乳膠 環法測定表面張力
  SH/T 1156-95 合成乳膠 表面張力測定法
  GB/T 6541 - 86 石油產品油對水界面張力測定法(圓環法)
  ISO 1409-1995 塑料、橡膠、聚合物分散體和乳膠表面張力的測定
  ISO 6295-1983 石油產品 礦物油 油對水界面張力的測定(圓環法)
  GB/T 5549(ISO304-1985) 用拉起膜法測定表面張力
  以及ISO14090-82、ASTM D1417、EN14370、ZB2025-93、GB2960-82、GB6541-86等標準
  6. 全自動測量,避免人為操作誤差;
  7. 全量程自動校正,數據準確可靠、重複性極好;
  8. 一鍵清零,瞬間完成,零位穩定無漂移;
  9. 採用國際先進的升降平台驅動技術,無震動和雜訊;
  10. 儀器結構合理,獨立工作,無需任何附加設備(如外接電腦等),也可選配電腦進行數據處理;
  11. 使用鉑金板時,能實時測量液體的表面張力,對於測量含有表面活性劑或揮發性物質,其表面張力會隨時間不同而發生變化的試樣,非常是實用(選用數據處理軟體,可實時記錄測試曲線,清晰得到變化的詳細情況);
  12. 使用鉑金板測試時能自動測試中、高粘度液體樣品的表面張力;
  13. 可測量不相混合液體之間界面張力如:油/水界面;
  14. 數據處理軟體(選件):自動採集測試曲線,曲線可自動放大、可存取、可列印。能進行多條測試曲線對比,能自動計算使用鉑金環方法時的表面張力值;
  15. 準確性校正功能(選件):以2次蒸餾水和乙醇為標準物,對儀器的整體測試誤差自動進行校準,能確保儀器長期處於出廠時的精準狀態;
  16. 溫度自動補償功能(選件):以2次蒸餾水和乙醇為標準物,自動對不同溫度下的試樣統一歸納到20℃時的測試值;
  17. USB數據輸出介面,方便與筆記本電腦連接;
  18. 附有多種溫度控制選件,滿足不同的測試要求;
  19. 滿足用戶的特殊要求,承接非標產品。

4 界面張力儀 -主要技術參數

  測試方式 : 鉑金板法(或鉑金環、鉑金馬鐙形法)
  操作方式 : 樣品台自動升降,全自動測量
  數據顯示值: 鉑金板測試時,顯示值即為表面張力值;
  鉑金環測試時,峰值自動保留,顯示值為試樣的力值;需通過附贈的計算軟體計算(或選購數據處理軟體自動計算)成表面張力值
  測試範圍 : 0-600mN/m (0-400或0-200)
  清零範圍 : 0-600mN/m (400或200)
  量程校正 : 600mN/m (400或200)
  靈 敏 度 : 0.1 mN/m 0.01或0.001)
  准 確 度 : ±0.1 mN/m (±0.04或±0.02)(測試20℃時二次蒸餾水或乙醇,與文獻值的誤差)
  重 復 性 : ±0.1 mN/m (±0.04或±0.02)(測試20℃時二次蒸餾水或乙醇,與文獻值的誤差)
  顯示方式 : 寬視角背光LCD顯示屏
  溫度範圍 : 0 — 110℃ (或15 -60)(需選配試樣恆溫池及外接恆溫槽,標配只能在室溫下測試)
  測量時間 : 測量低濃度樣品液需3-5秒
  容器常量 : min. 15Ml
  數據輸出 : RS 232C串口或選購USB數據介面
  電 壓 : 市電AC220V, 1A

5 界面張力儀 -操作規程

  1. 將儀器放在水平、平穩的檯面上,使儀器水平。開啟儀器電源開關,穩定兩 分鐘。把鉑金環和玻璃杯進行良好的沖洗,先在石油醚中清洗鉑金圓環,接 著用丙酮漂洗,然後在煤氣燈或酒精燈的氧化焰火加熱、烘乾鉑金環。在處 理鉑金環時要特別小心,以免鉑金環變形。然後將鉑金環掛在槓桿臂的小鉤 上,穩定后,開始進行調零工作。
  2. 測量液體的張力有表面張力和界面張力
  3. 對於液體表面張力, 把調整到 25℃的試樣倒入玻璃杯中, 使液體的高度為 20~ 25mm,將玻璃杯放在升降平台上升,使鉑金環深入到液體中,鉑金環達到液 面下 4~6mm 處。若此時峰值保持則按保持鍵,不需要則不用按,再旋轉旋 鈕,升降平台下降,顯示值將逐漸增大,最終保持在最大值,若沒有按保持 鍵則顯示當前張力值, 該最大值就是液體的實測表面張力值 P, 然後按鍵終止 試驗。
  4. 對於測液體的界面張力,以石油產品油對水界面張力為倒,把一定量的 25℃ 的蒸餾水倒入玻璃杯中,將玻璃杯放在升降平台中間位置,旋轉升降平台下 面的旋鈕,使鉑金環深入到液體中 4~6mm 深度,在蒸餾水上慢慢倒入已調 至 25℃試樣至約 10mm 高度。 注意不要使圓環觸及油和水的界面, 讓油水界面 保持 30 秒鐘, 根據需要決定是否按峰值保持鍵, 再旋轉旋鈕, 升降平台下降, 記下液膜從界面破裂時的最大值,即得到界面的實測張力值,然後按停止鍵 終止試驗。每次試驗前都必須對鉑金環進行處理。
  5. 儀器使用完畢,關閉電源,取下鉑金環,清洗乾淨后,待下次使用。
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