Name: accurate determination of the equilibrium surface tension values with area perturbation tests
Uploaded: 2019-08-30T14:00:00
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作者感谢先锋石油公司（文森斯，IN）的财政支持。

1. 最小仪器规格
<ol><li>为 EBM 准备一个张力计，其规格如下：（i） 用于控制分配气体体积的点胶系统;（二） 用于控制分配气体体积的点胶系统;（ii） 用于捕获气泡图像的照相机;（iii） 用x对称气泡形状分析算法11、12求解拉普拉-杨方程（LY方程）的图像分析软件;和（iv）温度控制的样品室。 注：通常，EBM的仪器也可用于吊坠滴法，其中形成一个小...

<ol>
	<li>Shah, D. O., Schechter, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Improved oil recovery by surfactant and polymer flooding. , (1977).</li><li>Hiemenz, P. C., Rajagopalan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of Colloid and Surface Chemistry. , (1997).</li><li>Adamson, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physical Chemistry of Surfaces. , (1990).</li><li>Doe, P. H., El-Emary, M., Wade, W. H., Schechter, R. 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EBM 和 SBM 是确定大气压力下空气/水或油/水界面张力值的简单而可靠的方法。这些方法的前提信息是每个阶段的密度，并且不需要接触角度信息来确定张力值9。该技术的一个主要限制是样品应具有低粘度，并且单相或低于表面活性剂溶解度。EBM 和 SBM 这两个协议用于测量 DST 值，以监视它们作为时间的函数。当达到 SST 值时，通过在应用区域扰动后测量 DST 来测试 SST 值的稳定性?...

确定给定空气/水或油/水界面的平衡表面张力 （EST） 或平衡界面界面 （EIFT） 是各种工业领域应用的关键步骤，例如阻吓性、增强油回收、消费品和药理学1、2、3、4 。此类张力值应从动态表面张力 （DST） 或动态界面张力 （DIFT） 间接确定，因为只有动态张力值可以直接测量。动态表面张力值（即，测量张力值作为时间函数）是按固定时间间隔确定的。当 DST 值处于稳定状态时，平衡张力值被视为确定。当真实平衡表面张力值稳定于扰动5时，可以更好地建立。米勒和伦肯海默曾报道过表面积压缩后张力松弛的几次观察，他们使用了两种经典的张力测量方法，杜诺伊环和威廉米板法6，7 ，8.这些方法不如本研究中使用的方法准确，并且每隔几分钟测量一次DST。已开发出许多用于测量接口的表面张力 （ST） 或界面张力 （IFT） 值的技术，但只有少数技术可用于测量 DST 或 DIFT 值，并允许应用扰动来测试获得的稳定状态张力值9的稳定性。如果水溶液含有表面活性剂混合物，并且当其中一个组分吸附速度比其他组分快得多时，则 DST 曲线10中可能存在临时高原。然后，提出的方法在较短的时间尺度下可能无法像一种成分表面活性剂那样良好，但如果过程稍微延长以覆盖较长的时间尺度，它们仍然可能起作用。
此处描述的协议仅显示空气/水溶液的表面张力值的代表性数据。然而，这些协议也适用于对第二液体（如油）的水溶液的IFT，这种液体与水溶液不可异，密度小于水溶液。在这里，我们提出了满足这些标准的两种可靠的方法：新兴气泡法 （EBM） 和旋转气泡法 （SBM）。在这两种方法中，确定基于气泡形状的 ST 值，并且不需要接触角度信息，这会给测量带来重大的不确定性和误差。对于 EBM，通过突然改变从注射器针头冒出的气泡体积来引入区域扰动。对于 SBM，样品的旋转频率变化用于区域扰动。详细的协议旨在指导该领域的研究人员，这样他们可以避免动态和平衡张力测量中的常见错误或错误，并帮助防止对获取数据的错误解释。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1303px;" width="1303">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:623px;">10 &#181;L, Model 1701 SN SYR, Cemented NDL, Custom gauge, length, point style</td>
			<td style="width:227px;">Hamilton</td>
			<td style="width:119px;">80008</td>
			<td style="width:335px;">gauge: 26s, needle length: 2.5 inch, point style: 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:623px;">Anton Paar Density Meter</td>
			<td style="width:227px;">Anton Paar</td>
			<td style="width:119px;">DMA 5000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:623px;">Barnstead MicroPure Water Purification System</td>
			<td style="width:227px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">50132374</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:623px;">Emerging bubble tensiometer</td>
			<td style="width:227px;">Ram&#233;-Hart Instrument Company</td>
			<td style="width:119px;">Model 790</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:623px;">Spinning bubble tensiometer</td>
			<td style="width:227px;">DataPhysics Instruments</td>
			<td style="width:119px;">SVT 20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:623px;">Triton X-100</td>
			<td style="width:227px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">X100</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

accurate determination of the equilibrium surface tension values with area perturbation tests

我们演示了两种用于通过区域扰动测试确定平衡表面张力 （EST） 值的可靠协议。当表面张力 （ST） 值处于稳定状态且稳定不受扰动时，应间接从动态表面张力 （DST） 值确定 EST 值。选择了新兴气泡法（EBM）和旋转气泡法（SBM），因为使用这些方法，在持续动态张力测量的同时引入区域扰动非常简单。气泡的突然膨胀或压缩被用作 EBM 区域扰动的来源。对于SBM，样品溶液的旋转频率变化被用来产生区域扰动。Triton X-100 水溶液的固定浓度高于其临界云母浓度 （CMC） 用作模型表面活性剂溶液。EBM 模型空气/水接口的确定 EST 值为 31.5 ± 0.1 mNμm-1 ，从 SBM 确定的为 30.8 ± 0.2 mNμm-1。本文中描述的两个协议为建立 EST 值提供了可靠的标准。

水性Triton X-100溶液的动态表面张力和平衡表面张力与EBM 测量了Triton X-100抗空气溶液的SST值，并测试了其稳定性，测试了5 mM水溶液;水中这种表面活性剂的CMC为0.23 mM14。SST1，31.5 × 0.1 mNμm-1，是在气泡形成后大约 20 s 获得（图 3）。约 25 s 后，通过将气泡体积从V1 = 3.8 μL 压缩到V2 = 2.8 μL，将表面积?...

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Accurate Determination of the Equilibrium Surface Tension Values with Area Perturbation Tests

提出了两种使用新兴气泡法 （EBM） 和旋转气泡法 （SBM） 确定平衡表面张力 （EST） 值的协议，用于对空气进行表面活性剂的水相。

通过区域扰动测试精确测定平衡表面张力值

We demonstrate two robust protocols for determining the equilibrium surface tension (EST) values with area perturbation tests. The EST values should be ...

这些协议可以纳入张力测量协议。例如，它们可用于测量水和油相之间的平衡面间张力。此视频中的两个协议都可用于获取可靠且可靠的平衡表面张力值。这些值可以在测试其稳定性以防止区域扰动后建立。首先，准备张力计和样品，如文本协议中所述。然后，根据估计的表面张力值选择倒置不锈钢针，并放在点胶装置的尖端。接下来，将40毫升液体样品装入石英电池中。将单元格放在样品平台的顶部。调整倒置针的高度，使针头的尖端至少低于液体样品表面 20 毫米。通过浸没的倒置针注入一毫升空气，以去除注射器尖端可能存在的杂质，并提高空气/液体界面的表面化学纯度。然后，通过实验确定初始气泡体积。分配计算的初始气泡体积，在倒置注射器的尖端形成气泡。确保气泡处于静水平衡，使气泡不移动。根据针尖产生的气泡的形状测量动态表面张力。每一秒，基于拉普塞-杨方程的轴对称落体分析方法计算表面张力。将气泡的实际形状与计算形状进行比较。如果两个形状重叠，则平衡拉派-杨方程有效。当气泡停止移动且表面张力停止变化时，此推论是完全有效的。测量表面张力作为时间函数，直到实现第一个稳态表面张力。稳定状态表面张力定义为在连续几次动态表面张力测量中，表面张力变化小于每米一毫新吨或小于 5% 的值平面。当达到稳定状态表面张力时，记录气泡体积和表面积。然后，通过去除一微升空气来减少气泡体积，并记录新的气泡体积和面积。继续测量区域中的动态表面张力，直到动态表面张力达到第二个稳定状态的表面张力。接下来，通过注入一微升空气来扩大气泡体积，使体积和面积与初始值相似。继续测量动态表面张力值，直到达到第三个稳定状态表面张力。如果三个稳定的状态表面张力值彼此之间相差小于每米一毫新吨，或小于 5%，则我们将它们的平均值定义为平衡表面张力。将填充的样品架放在旋转拉伸计的旋转室内，然后以 500 RPM 旋转管。这应可防止注入的气泡向上迁移或附着在管壁上。接下来，将两微升空气加载到注射器中。通过橡胶隔膜插入注射器的针头，橡胶隔膜密封旋转管，并将两个微升气泡注入旋转管。增加样品管的旋转频率，使气泡更接近旋转轴，并且由于离心力增加而变形更多。继续加速，直到水平气泡的长度与气泡中间半径的比率为 8 或更大。然后调整测量室的倾斜角度，将样品管水平定位。这将防止气泡运动，并帮助实现在拉普拉斯-杨方程和算法中假定的轴对称形状的陀螺运动平衡。现在，以一秒间隔测量和记录动态表面张力值。以固定的旋转频率继续，直到表面张力达到稳定状态值。此外，记录气泡体积和面积。记录后，将旋转频率更改为第二个旋转频率以更改表面积。一旦在新频率达到第二个稳定状态值，测量固定旋转频率的动态表面张力。此时，还要记录新的气泡体积和面积。接下来，更改旋转频率，使之接近原始值。在此固定旋转频率下测量动态表面张力值，直到达到第三个稳定状态值。再次记录新的气泡体积和面积。使用新兴气泡法，对Triton X-100的5毫摩尔溶液的稳态表面张力值进行测量。这种浓度高于水中这种表面活性剂的关键米泽尔浓度。气泡形成后约20秒，获得每米31.5毫新吨的稳定状态表面张力。大约25秒后，气泡的体积和面积减小，动态表面张力下降到31，并在一秒内下降，并回到31.5，标志着稳定的状态表面张力2。大约50秒后，气泡的体积和面积突然增加，动态表面张力值变化不大，因此，稳定状态表面张力三号被确定为31.5毫顿/米。三个 SST 值都是一样的，因此，平衡表面张力被确定为每米 31.5 毫纽顿。采用旋转气泡法，稳态表面张力1为30.9毫微米，稳定状态表面张力2为30.6，稳态表面张力二为30.6，稳态表面张力为30.8。在测量五毫摩尔三顿X-100时，两种方法的均衡表面张力值有2.2%的差异。这可能是由于某些系统错误。对于新兴的气泡方法，最重要的是保持接近静水平衡的条件。对于旋转气泡方法，请确保应用正确的方程。本视频中描述的方法还可以用于确定水和油相之间的平衡面间张力值。这些方法提供了一种更可靠的计算表面活性剂在空气-水界面平衡时吸收多少的方法。它还可用于确定称为小鼠化的解决方案中表面活性剂聚合的程度。

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