使用低成本集成模块化 Peltier 器件研究油水界面水合物结晶的超活性剂效应

该方案适用于研究表面活性剂抑制剂对水合物晶体的影响。它提供了关于晶体类型和抑制机制的信息。将 19 规格的针头连接到一毫升玻璃注射器上。

用去维化水冲洗针头和注射器三次，然后用去维化水填充注射器。接下来，用25毫升环状烷填充水合物可视化细胞。使用注射器，在水合物可视化细胞底部插入一滴去化水。

这种水滴是种子水合物。然后，将温度传感器放在靠近细胞底部的水合物可视化单元内。为防止环状玻璃蒸发，将丙烯酸盖放在电池上，将盖拧到位。

调整灯光和相机，以聚焦种子水合物。使用温度控制装置，将Peltier板的温度设置为负5摄氏度。监控从温度传感器报告的值。

当温度达到负五摄氏度时，确保水合物可视化室底部的种子水合物变成冰。将 Peltier 板的温度设置为 2 摄氏度，增量为 0.5 摄氏度。当温度达到两摄氏度时，使用注射器将水填充管道。

然后，将黄铜钩放入圆环，并允许其平衡五分钟。使用压力传感器的软件，按"开始"按钮启动数字传感器录像。将注射器连接到注射器泵，将注射器泵设置为注射两微升的体积并激活它。

注射器将水注入环状液浴，形成水下水滴。使用针尖去除一小块种子水合物。将针尖与一块种子水合物短暂接触水滴，以启动水合物的形成。

按相机捕获软件上的"开始录制"。在一个赫兹记录结晶过程的图像。要找到关键的麦克风浓度，请首先准备手稿中描述的标准解决方案。

要使用石笋测量法测量每个表面活性剂溶液的表面张力，请对泵进行编程，以每分钟 0.5 毫升的速度排出一毫升溶液。垂直放置注射器泵和注射器，然后将滴入空气中。计算掉落次数，将一毫升除以掉落数以查找掉落量。

对于每个溶液，计算手稿中描述的表面张力，并绘制表面张力作为表面活性剂浓度的函数。表面张力曲线变平的浓度是CMC，即关键的麦克风浓度。重复用于测量水滴上水合物形成的过程，但使用各种浓度的表面活性剂溶液。

使用图像处理软件在结晶过程序列中打开第一个图像。使用软件中的长度工具测量图像中黄铜管的直径。根据黄铜管的已知直径（十六英寸）在图像中设置刻度。

选择 10 个等分图像，用于捕获从成核到液滴转换的过程。对于每个图像，使用软件手动检测下降的轮廓，并标记红色轮廓。然后，手动跟踪水合物的轮廓，并用黑色填充轮廓。

摄像机仅捕获球形液滴的 2D 投影。使用数学建模软件对水合物覆盖的落液和表面积进行 3D 重建。利用这个实验系统，可以考察油水界面的水合物形成，测量与结晶过程相关的界面应力。

在纯净水和低表面活性剂浓度中，水合物形成了平面壳形态，从两极向赤道以恒定速度生长。随着水合物的生长，同样数量的表面活性剂分子占用了更小的区域，随着时间的推移，导致面间应力降低。在高表面活性剂浓度中，水合物作为圆锥形晶体生长。

当晶体变得足够大时，圆锥体的一部分从水滴表面分离。这种增长模式以振荡方式一次又一次地发生。圆锥形晶体达到临界尺寸并脱离液滴表面后，表面活性分子可用表面的突然增加导致面间应力增加。

然后，晶体又开始生长，产生振荡模式。与纯水相比，大多数表面活性剂溶液抑制水合物生长。高浓度的聚氧乙烯三酯是最有效的抑制剂。

该系统可以提供为什么一些表面活性剂比另一些更好的抑制水合物的信息。该系统还可用于研究晶体在接口的一般形成。