界面張力儀,是一種測量界面張力或表面張力大小的儀�,主要由扭力絲、鉑金環(huán)、支架、杠桿架、蝸輪付等組�。界面張力儀分為白金�(huán)法界面張力儀、白金板法界面張力儀、氣泡法界面張力儀��
界面是指兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區(qū),如其中一相為氣體,這種界面通常稱作為表�� �(yán)格說表面�(yīng)是液體和固體與其飽和蒸汽之間的界�,但�(xí)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�,處在界面層的分�,一方面受到體相�(nèi)相同物質(zhì)分子的作用,另一方面受到性質(zhì)不同的另一相中物質(zhì)分子的作�,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�� 界面張力儀一般測試的是液—液的界面張力或液�?dú)獾谋砻鎻埩�?BR>
界面張力儀的結(jié)�(gòu),主要由扭力�、鉑金環(huán)、支�、杠桿架、蝸輪付等組成。使用時通過蝸輪付的旋轉(zhuǎn)對扭力絲施加扭力,并使該扭力與液體表面接觸的鉑金�(huán)對液體的表面張力相平�,當(dāng)扭力繼續(xù)增加,液面被拉破�,扭力絲扭轉(zhuǎn)的角�,用刻度盤上的游�(biāo)指示出來,此值就是M�,用mN/m表示。用M值乘以校正因子F,即得液體實(shí)際表面張力值δ�
1.白金�(huán)法界面張力儀
又稱du Nouy Ring method,du Nouy�(huán)�,吊�(huán)法界面張力儀,脫�(huán)法界面張力儀。其原理為白金環(huán)法的測量方法為:�1)將白金�(huán)輕輕地浸入液體內(nèi);(2)將白金�(huán)慢慢地往上提�,即液面相對而言下降,使得白金環(huán)下面形成一個液柱,并最終與白金�(huán)分離。白金環(huán)法界面張力儀就是去感測一個值,而這個值形成于白金�(huán)與液體樣品將離而未離時。這個值轉(zhuǎn)化為表面張力值的精度取決于液體的粘度。由于這個方法很早被使用,故而原有界面張力儀基本均采用這種方法,現(xiàn)有很多數(shù)�(jù)也是用這種方法測得�
2.白金板法界面張力儀
又稱Wilhelmy板法界面張力儀或Wilhelmy Plate method 界面張力儀。但提醒您注意的是,白金板法表面張力儀與有些客戶所稱吊板法表面張力儀有明顯區(qū)�。吊板法的基本原理仍然是白金�(huán)法的原理而不是白金板法的原理。上海梭倫研制的A20系列界面張力儀具有�(jīng)典白金板法和改�(jìn)的白金板法兩種測值方�,其中經(jīng)典白金板法即指吊板法或吊片法�
白金板法界面張力儀的原理為:當(dāng)感測白金板浸入到被測液體�,白金板周圍就會受到表面張力的作�,液體的表面張力會將白金板盡量地往下拉。當(dāng)液體表面張力及其他相�(guān)的力與平衡力�(dá)到均衡時,感測白金板就會停止向液體內(nèi)部浸�。這時候,儀器的平衡感應(yīng)器就會測量浸入深�,并將它�(zhuǎn)化為液體的表面張力��
3.氣泡法界面張力儀
又稱泡壓法界面張力儀,BPA 界面張力儀。其基本原理為A為界面張力儀,其中間玻璃管F下端一段直徑為0.2mm�0.5mm的毛�(xì)管,B為充滿水的抽氣瓶,C為U型壓力計(jì),內(nèi)盛比重較小的水或酒精、甲苯等,作為工作介�(zhì),以測定微壓�。將待測表面張力的液體裝于界面張力儀�,使F管的端面與液面相切,液面即沿毛細(xì)管上�,打開抽氣瓶的活塞緩緩抽�,毛�(xì)管內(nèi)液面上受到一個比A瓶中液面上大的壓�,當(dāng)此壓力差—附加壓�(Δp=p大氣—p系統(tǒng))在毛�(xì)管端面上�(chǎn)生的作用力稍大于毛細(xì)管口液體的表面張力時,氣泡就從毛�(xì)管口脫出,此附加壓力與表面張力成正比,與氣泡的曲率半徑成反比,其�(guān)系式�: (7) 式中,Δp為附加壓�;σ為表面張力;R為氣泡的曲率半徑。如果毛�(xì)管半徑很�,則形成的氣泡基本上是球形的。當(dāng)氣泡開始形成�,表面幾乎是平的,這時曲率半徑;隨著氣泡的形成,曲率半徑逐漸變小,直到形成半球形,這時曲率半徑R和毛�(xì)管半徑r相等,曲率半徑達(dá)最小值,根據(jù)上式這時附加壓力�(dá)�。氣泡�(jìn)一步長�,R變大,附加壓力則變小,直到氣泡逸出。根�(jù)上式,R=r時的附加壓力�:
(8) �(shí)際測量時,使毛細(xì)管端剛與液面接觸,則可忽略氣泡鼓泡所需克服的靜壓力,這樣就可直接用上式�(jìn)行計(jì)�。當(dāng)用密度為ρ的液體作壓力�(jì)介質(zhì)�,測得與Δp相適�(yīng)的壓力差為Δh�:
(9) �(dāng)�
合并為常�(shù)K時,則上式變?yōu)?
(10) 式中的儀器常�(shù)K可用已知表面張力的標(biāo)�(zhǔn)物質(zhì)測得�
界面張力儀是一種用物理方法代替化學(xué)方法的簡單易行的測試儀器,用界面張力儀可以迅�、準(zhǔn)確地測出各種液體的表面張力值。在水電部門用來測試電業(yè)用油的表面張力值以加強(qiáng)對絕緣油油質(zhì)的監(jiān)�;在石油化工、科研和教育部門該儀器也得到了廣泛的�(yīng)��
1.表面張力的測�
將鉑金環(huán)插在吊桿臂上,把被測溶液倒在玻璃杯中�20�25mm,將此玻璃杯放在樣品座的中間位置�,旋�(zhuǎn)螺母B,鉑金環(huán)便與座一起上升到溶液的表面位置上,且使臂上的指針與反射鏡上的紅線重合,旋�(zhuǎn)蝸輪把手M來增加鋼絲的扭力,當(dāng)液體的表面被鉑金�(huán)拉得很緊�,指針L始終保持與紅線相重合,這兩個作用將被繼�(xù)�,直到薄膜破裂時,刻度盤上的讀�(shù)指出了液體的表面張力��
2.界面表面張力的測�
對于測量水與密度小于水的液體間的界面張力�,鉑金環(huán)向上動,而測量水與密度大于水的液體間的界面張力時�(huán)則向下動�
a.測量水與密度小于水的液體之間的界面張力時,先把樣品座升高到鉑金環(huán)浸入水中�5�7mm�,把被測液體小心地加在水的表面上5�10mm的厚�,旋�(zhuǎn)螺母B,玻璃杯將被�(diào)到鉑金環(huán)處于兩種液體的界面處,此后便按照表面張力的測量方法�(jìn)��
b.測量水與密度大于水的液體間的界面張力�,鉑金環(huán)要求作用力向�,把密度大于水的液體放在杯子中使其達(dá)�10mm或更�,在這種液體上放�(jìn)�5mm深的水,把溶液上升直到環(huán)浸入水中,使�(huán)處在液體的界面上時,指針L保持與紅線重�,鋼絲的扭力將被增加,鉑金環(huán)將被向下拉,這時把樣品座升高,使得指針L繼續(xù)與紅線重合,�(dāng)這兩種液體之間的薄膜破裂�,刻度盤上的讀�(shù)便是界面張力M�
3.對決定實(shí)際表面張力的校正
表面張力是液體為一個緊張的薄膜時的表面效應(yīng),表面張力與表面是相切的,用圓環(huán)法測量表面張力時需要考慮到以下兩種情��
a.在測量過程中,環(huán)被向上拉起使液體表面變形,隨著環(huán)向上移動的距離增加,液體的變形也增加,所以由中心到破裂點(diǎn)的半徑小于環(huán)的平均半�,這種影響由環(huán)的半徑和鉑金絲的半徑的比給出�
b.少量的液體沾附在�(huán)下部,這種影響可用一種函�(shù)形式表示,從以上兩種影響來看,實(shí)際的表面張力δ就應(yīng)由測得表面張力值M乘一個系�(shù)F,即:�=M×F 式中:M—膜破裂時刻度盤讀�(shù),mN/m;F—系�(shù);F=0.7250+[�0.03678M�/rr2(P0-P1)]+P,式中:P=0.04534-�1.679rw�/rr�
P0:下相在25℃時的密�,g/ml�
P1:上相在25℃時的密�,g/ml�
rw:鉑絲的半徑0.3mm�
rr:鉑絲環(huán)的平均半�9.55mm �
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