Name: accurate determination of the equilibrium surface tension values with area perturbation tests
Uploaded: 2019-08-30T14:00:00
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Die Autoren sind der Pioneer Oil Company (Vincennes, IN) für die finanzielle Unterstützung dankbar.

1. Mindestspezifikationen für Instrumente
<ol><li>Vorbereitung eines Tensiometers für den EBM mit folgenden Spezifikationen: (i) ein Dosiersystem zur Steuerung des Dosiergasvolumens; ii) eine Kamera zur Aufnahme des Blasenbildes; iii) eine Bildanalysesoftware zur Lösung der Laplace-Young-Gleichung (LY-Gleichung) mit dem axisymmetrischen Blasenformanalysealgorithmus11,12; und (iv) eine temperaturgeregelte Probenkammer. HINWEIS: Normalerweise kann das Instr...

<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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Y., Mckeigue, K., Maldarelli, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion-controlled+Surfactant+Adsorption+Studied+by+Pendant+Drop+Digitization.">Diffusion-controlled Surfactant Adsorption Studied by Pendant Drop Digitization.</a> AIChE Journal. 36 (12), 1785-1795 (1990).</li><li>Sheng, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modern+chemical+enhanced+oil+recovery:+theory+and+practice.">Modern chemical enhanced oil recovery: theory and practice.</a> Gulf Professional Publishing. , (2010).</li><li>Moody, C. A., Field, J. 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Die EBM und die SBM sind einfache und robuste Methoden zur Bestimmung von Spannungswerten für Luft-Wasser- oder Öl-/Wasserschnittstellen bei atmosphärischem Druck. Voraussetzung für diese Methoden ist die Dichte jeder Phase, und zur Bestimmung der Spannungswerte9sind keine Kontaktwinkelinformationen erforderlich. Eine wesentliche Einschränkung der Techniken besteht darin, dass die Proben eine niedrige Viskosität haben und einphasig oder unterhalb der Tensidlöslichkeit sein sollten. Die beid...

Die Bestimmung der Gleichgewichtsoberflächenspannung (EST) oder der Gleichgewichtsgrenzspannung (EIFT) einer gegebenen Luft-Wasser- oder Öl-/Wasserschnittstelle ist ein entscheidender Schritt für Anwendungen in einer Vielzahl von Industriebereichen wie Abschreckung, verbesserte Ölrückgewinnung , Konsumgüter und Pharmazeutika1,2,3,4. Solche Spannungswerte sollten indirekt aus der dynamischen Oberflächenspannung (DST) oder der dynamischen Grenzflächenspannung (DIFT) bestimmt werden, da nur dynamische Spannungswerte direkt messbar sind. Dynamische Oberflächenspannungswerte (d.h. Zeitmessungswerte) werden in regelmäßigen Zeitintervallen ermittelt. Gleichgewichtsspannungswerte gelten als bestimmt, wenn sich die DST-Werte im stabilen Zustand befinden. Wahre Gleichgewichtsoberflächenspannungswerte werden besser ermittelt, wenn sie gegen Störungen stabil sind5. Mehrere Beobachtungen der Spannungsentspannung nach Oberflächenkompression wurden zuvor von Miller und Lunkenheimer berichtet, die zwei klassische Tensiometriemethoden, den Du Noüy Ring und die Wilhelmy-Plattenmethoden6,7 ,8. Diese Methoden sind weniger genau als die in dieser Studie verwendeten, und diese DSTs wurden alle paar Minuten gemessen. Es wurden zahlreiche Techniken zur Messung der Oberflächenspannungs- (ST) oder Grenzflächenspannung (IFT) von Schnittstellen entwickelt, aber es gibt nur eine Handvoll Techniken, die verwendet werden können, um DST- oder DIFT-Werte zu messen und es zu ermöglichen, Störungen anzuwenden, um die Stabilität der erworbenen Steady-State-Spannungswerte9. Wenn die wässrige Lösung Tensidmischungen enthält und eine der Komponenten viel schneller adsorbiert als die anderen, dann kann es ein temporäres Plateau in den DST-Kurven10geben. Dann funktionieren die vorgestellten Methoden in den kurzen Zeiträumen möglicherweise nicht gut wie bei einem Komponententenside, aber sie können immer noch funktionieren, wenn die Verfahren leicht auf längere Zeiträume ausgedehnt werden.
Die hier beschriebenen Protokolle zeigen repräsentative Daten nur für Oberflächenspannungswerte einer luft-wässrigen Lösung. Diese Protokolle gelten jedoch auch für das IFT einer wässrigen Lösung gegen eine zweite Flüssigkeit, wie z. B. ein Öl, das mit der wässrigen Lösung nicht mischbar ist und eine geringere Dichte aufweist als die der wässrigen Lösung. Hier stellen wir zwei robuste Methoden vor, die diese Kriterien erfüllen, die aufkommende Blasenmethode (EBM) und die Spinnblasenmethode (SBM). Bei beiden Methoden ermittelt man ST-Werte, die auf Blasenformen basieren und keine Kontaktwinkelinformationen benötigen, was zu erheblichen Unsicherheiten und Fehlern bei den Messungen führen kann. Für den EBM werden Flächenstörungen eingeführt, indem das Volumen der Blase, die aus einer Spritzennadelspitze entsteht, abrupt verändert wird. Für die SBM werden Änderungen der Rotationsfrequenz der Proben für Flächenstörungen verwendet. Die detaillierten Protokolle sollen forscher naden, so dass sie häufige Fehler oder Fehler in der dynamischen und Gleichgewichtstensiometrie vermeiden und helfen, ungenaue Interpretationen der erfassten Daten zu verhindern.

<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

Wir zeigen zwei robuste Protokolle zur Bestimmung der Gleichgewichtsoberflächenspannung (EST) mit Flächenstörungstests. Die EST-Werte sollten indirekt aus den Werten der dynamischen Oberflächenspannung (DST) bestimmt werden, wenn die Oberflächenspannung (ST)-Werte stabil und gegen Störungen stabil sind. Die aufkommende Blasenmethode (EBM) und die Spinnblasenmethode (SBM) wurden gewählt, da es mit diesen Methoden einfach ist, Flächenstörungen einzuführen und gleichzeitig dynamische Spannungsmessungen fortzusetzen. Die abrupte Ausdehnung oder Kompression einer Luftblase wurde als Quelle der Flächenstörung für die EBM verwendet. Für die SBM wurden Änderungen der Rotationsfrequenz der Probenlösung verwendet, um Flächenstörungen zu erzeugen. Als Modelltensidlösung wurde eine quehe Lösung des Triton X-100 mit einer festen Konzentration über ihrer kritischen Micelle-Konzentration (CMC) verwendet. Der ermittelte EST-Wert der Modellluft-Wasser-Schnittstelle aus dem EBM betrug 31,5 x 0,1mN-m-1 und der von der SBM 30,8 x 0,2 mN-m-1. Die beiden in diesem Artikel beschriebenen Protokolle enthalten robuste Kriterien für die Ermittlung der EST-Werte.

Dynamische Oberflächenspannung und Gleichgewichtsoberflächenspannung einer wässrigen Triton X-100 Lösung mit dem EBM Die SST-Werte der Triton X-100-Lösungen gegen Luft wurden gemessen und ihre Stabilität für eine wässrige Lösung von 5 mM getestet; das CMC für dieses Tensid in Wasser beträgt 0,23 mM14. Die SST1, 31,5 x 0,1 mN-m-1, wurde etwa 20 s nach der Bildung der Blase erhalten (Abbildung 3). Nach ca. 25 s wurde ...

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

Für eine Tensid-haltige wässrige Phase gegen Luft werden zwei Protokolle zur Bestimmung der Gleichgewichtsflächenspannung (EST) mit der aufkommenden Blasenmethode (EBM) und der Spinnblasenmethode (SBM) vorgestellt.

Genaue Bestimmung der Gleichgewichtsoberflächenspannungswerte mit Flächenstörungstests

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

Diese Protokolle können in Spannungsmessprotokolle integriert werden. Sie können beispielsweise verwendet werden, um die Grenzflächenspannung zwischen Wasser- und Ölphasen zu messen. Jedes der beiden Protokolle in diesem Video kann verwendet werden, um robuste und zuverlässige Gleichgewichtsoberflächenspannungswerte zu erhalten.Diese Werte können nach dem Testen ihrer Stabilität gegen Flächenstörungen ermittelt werden. Bereiten Sie zunächst das Tensiometer und das Beispiel wie im Textprotokoll beschrieben vor. Wählen Sie dann eine invertierte Edelstahlnadel basierend auf den geschätzten Oberflächenspannungswerten aus und platzieren Sie sie an der Spitze der Dosiervorrichtung.Als nächstes 40 Milliliter flüssige Probe in eine Quarzzelle laden. Platzieren Sie die Zelle auf der Beispielplattform. Stellen Sie die Höhe der invertierten Nadel so ein, dass die Spitze der Nadel mindestens 20 Millimeter unter der Oberfläche der flüssigen Probe liegt.Injizieren Sie einen Milliliter Luft durch die untergetauchte invertierte Nadel, um Verunreinigungen zu entfernen, die möglicherweise an der Spitze der Spritze vorhanden sein könnten, und um die oberflächenchemische Reinheit der Luft-Flüssig-Schnittstelle zu verbessern. Bestimmen Sie dann experimentell das anfängliche Blasenvolumen. Geben Sie das berechnete anfängliche Blasenvolumen aus, um eine Blase an der Spitze der invertierten Spritze zu bilden.Stellen Sie sicher, dass sich die Blase im hydrostatischen Gleichgewicht befindet, so dass sich die Blase nicht bewegt. Messen Sie die dynamische Oberflächenspannung basierend auf der Form der erzeugten Luftblase an der Spitze der Nadel. Berechnen Sie jede Sekunde die Oberflächenspannung basierend auf der axsymmetrischen Tropfenformanalysemethode der Laplace-Young-Gleichung.Vergleichen Sie die tatsächliche Form der Blase mit einer berechneten Form. Wenn sich die beiden Formen überlappen, ist die Gleichgewichtsgleichung Laplace-Young gültig. Diese Schlussfolgerung ist vollständig gültig, wenn sich die Blase nicht mehr bewegt und sich die Oberflächenspannung nicht mehr ändert.Messen Sie die Oberflächenspannung in Abhängigkeit von der Zeit, bis die erste steady-state Oberflächenspannung erreicht ist. Die konstante Oberflächenspannung ist definiert als eine Wertebene, ab der sich die Oberflächenspannung bei mehreren aufeinanderfolgenden dynamischen Oberflächenspannungsmessungen um weniger als einen Millinewton pro Meter oder um weniger als 5 % ändert. Wenn eine konstante Oberflächenspannung erreicht wird, zeichnen Sie das Blasenvolumen und die Oberfläche auf.Verringern Sie dann das Blasenvolumen, indem Sie einen Mikroliter Luft entfernen und das neue Blasenvolumen und die neue Fläche aufzeichnen. Messen Sie die dynamische Oberflächenspannung in den Bereichen weiter, bis die dynamische Oberflächenspannung die zweite konstante Oberflächenspannung erreicht. Erweitern Sie als Nächstes das Blasenvolumen, indem Sie einen Mikroliter Luft injizieren, sodass Volumen und Fläche den Anfangswerten ähneln.Messen Sie die dynamischen Oberflächenspannungswerte so lange, bis eine dritte konstante Oberflächenspannung erreicht ist. Wenn sich die drei konstanten Oberflächenspannungswerte um weniger als einen Millinewton pro Meter oder um weniger als 5 % voneinander unterscheiden, definieren wir ihren Durchschnitt als Gleichgewichtsoberflächenspannung. Legen Sie einen gefüllten Probenhalter in die Spinnkammer des sich drehenden Tensiometers und drehen Sie das Rohr dann bei 500 U/min.Dadurch sollte verhindert werden, dass die injizierte Blase nach oben wandert oder an der Rohrwand befestigt wird. Als nächstes zwei Mikroliter Luft in die Spritze laden. Setzen Sie die Nadel der Spritze durch das Gummiseptum, das das Spinnrohr versiegelt und eine Zwei-Mikroliter-Luftblase in das Spinnrohr injiziert.Erhöhen Sie die Rotationsfrequenz des Probenröhrchens, so dass sich die Blase näher an die Rotationsachse bewegt und sich aufgrund der erhöhten Fliehkräfte mehr verformt. Beschleunigen Sie es weiter, bis das Verhältnis der Länge der horizontalen Blase zu ihrem Radius in der Mitte der Blase acht oder größer ist. Passen Sie dann den Neigungswinkel der Messkammer an, um das Probenrohr horizontal zu positionieren.Dies wird Blasenbewegungen verhindern und dazu beitragen, ein gyrostatisches Gleichgewicht für eine axisymmetrische Form zu erreichen, die in der verwendeten Laplace-Young-Gleichung und -Algorithmus angenommen wird. Messen und zeichnen Sie nun die dynamischen Oberflächenspannungswerte in Intervallen in einer Sekunde auf. Fahren Sie mit einer festen Rotationsfrequenz fort, bis die Oberflächenspannung einen konstanten Zustandswert erreicht.Zeichnen Sie außerdem das Blasenvolumen und die Fläche auf. Ändern Sie nach der Aufnahme die Rotationsfrequenz in eine zweite Rotationsfrequenz, um die Oberfläche zu variieren. Messen Sie die dynamische Oberflächenspannung bei einer festen Rotationsfrequenz, sobald sie bei der neuen Frequenz einen zweiten konstanten Zustandswert erreicht.Zeichnen Sie an dieser Stelle auch das neue Blasenvolumen und die neue Fläche auf. Ändern Sie als Nächstes die Rotationsfrequenz, sodass sie sich in der Nähe des ursprünglichen Wertes befindet. Messen Sie die dynamischen Oberflächenspannungswerte bei dieser festen Rotationsfrequenz, bis der dritte steady State-Wert erreicht ist.Notieren Sie erneut das neue Blasenvolumen und die neue Fläche. Mit der aufkommenden Blasenmethode wurden die konstanten Oberflächenspannungswerte einer fünfMillimolaren Lösung von Triton X-100 an Luft gemessen. Diese Konzentration liegt über der kritischen Micelle-Konzentration für dieses Tensid in Wasser.Die konstante Zustandsoberflächenspannung von 31,5 Millinewton pro Meter wurde etwa 20 Sekunden nach der Bildung der Blase erreicht. Nach etwa 25 Sekunden wurden Volumen und Fläche der Blase reduziert und die dynamische Oberflächenspannung fiel auf 31 und innerhalb einer Sekunde und erhöhte sich wieder auf 31,5, was die konstante Oberflächenspannung Nummer zwei markierte. Nach etwa 50 Sekunden wurden das Volumen und die Fläche der Blase abrupt erhöht und der dynamische Oberflächenspannungswert änderte sich kaum, und daher wurde auch die konstante Oberflächenspannung Nummer drei auf 31,5 Millinewton pro Meter festgelegt.Die drei SST-Werte waren alle gleich, daher wurde die Gleichgewichtsoberflächenspannung auf 31,5 Millinewton pro Meter festgelegt. Bei der Methode der Spinnblase wurde eine konstante Zustandsoberflächenspannung von 30,9 Millinewtons pro Meter, die konstante Oberflächenspannung zwei auf 30,6 und die konstante Oberflächenspannung drei und die Gleichgewichtsoberflächenspannung 30,8 ermittelt. Die beiden Methoden hatten bei der Messung von fünf Millimolaren Triton X-100 einen Unterschied von 2,2 % in den Gleichgewichtsoberflächenspannungswerten.Dies war wahrscheinlich auf bestimmte systematische Fehler zurückzuführen. Das Wichtigste, was man sich für die entstehende Blasenmethode merken sollte, ist, Bedingungen in der Nähe der hydrostatischen Gleichgewichte aufrechtzuerhalten. Achten Sie bei der Spinnblasenmethode darauf, die richtige Gleichung anzuwenden.Die in diesem Video beschriebenen Methoden können auch angewendet werden, um Gleichgewichtsgrenzflächenspannungswerte zwischen Wasser- und Ölphasen zu bestimmen. Diese Methoden bieten eine zuverlässigere Methode zur Berechnung, wie viel ein Tensid absorbiert, wenn es sich im Gleichgewicht an der Luft-Wasser-Schnittstelle befindet. Es kann auch verwendet werden, um das Ausmaß der Tensidaggregation in einer Lösung zu bestimmen, die als Micellisierung bezeichnet wird.

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