Name: accurate determination of the equilibrium surface tension values with area perturbation tests
Uploaded: 2019-08-30T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Accurate Determination of the Equilibrium Surface Tension Values with Area Perturbation Tests at JoVE.com

著者らは、パイオニア・オイル・カンパニー(IN)の財政支援に感謝しています。

1. 最小計器仕様
<ol><li>次の仕様でEBM用テンシオメータを準備します: (i) 分配ガス量を制御するための分配システム;(ii) バブル画像をキャプチャするためのカメラ。(iii) 軸対称バブル形状解析アルゴリズム11,12を用いてラプレース・ヤング方程式(LY方程式)を解解するための画像解析ソフトウェア。および(iv)温度制御サンプルチャンバ。 注:通常、...

<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. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surfactants+for+producing+low+interfacial+tensions:+II.+Linear+alkylbenzenesulfonates+with+additional+alkyl+substituents.">Surfactants for producing low interfacial tensions: II. Linear alkylbenzenesulfonates with additional alkyl substituents.</a> Journal of the American Oil Chemists' Society. 55 (5), 505-512 (1978).</li><li>Chung, J., Boudouris, B. W., Franses, E. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Tension+Behavior+of+Aqueous+Solutions+of+a+Propoxylated+Surfactant+and+Interfacial+Tension+Behavior+against+a+Crude+Oil.">Surface Tension Behavior of Aqueous Solutions of a Propoxylated Surfactant and Interfacial Tension Behavior against a Crude Oil.</a> Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 537, 163-172 (2018).</li><li>Miller, R., Lunkenheimer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+determination+of+equilibrium+surface+tension+values+of+surfactant+solutions.">On the determination of equilibrium surface tension values of surfactant solutions.</a> Colloid &amp; Polymer Science. 261 (7), 585-590 (1983).</li><li>Miller, R., Lunkenheimer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+kinetics+measurements+of+some+nonionic+surfactants.">Adsorption kinetics measurements of some nonionic surfactants.</a> Colloid &amp; Polymer Science. 264 (4), 357-361 (1986).</li><li>Lunkenheimer, K., Miller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+homologous+series+of+surface-chemically+pure+surfactants+at+the+water-air+interface+Part+I:+Equilibrium+properties.">Properties of homologous series of surface-chemically pure surfactants at the water-air interface Part I: Equilibrium properties.</a> Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften der DDR, abteilung Mathematik, Naturwissenschaften, Technik. (1), 113 (1986).</li><li>Franses, E. I., Basaran, O. A., Chang, C. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Techniques+to+measure+dynamic+surface+tension.">Techniques to measure dynamic surface tension.</a> Current Opinion in Colloid &amp; Interface Science. 1 (2), 296-303 (1996).</li><li>Hua, X. Y., Rosen, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+surface+tension+of+aqueous+surfactant+solutions+1.+basic+parameters.">Dynamic surface tension of aqueous surfactant solutions 1. basic parameters.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 124 (2), 652-659 (1988).</li><li>Rotenberg, Y., Boruvka, L., Neumann, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+surface+tension+and+contact+angle+from+the+shapes+of+axisymmetric+fluid+interfaces.">Determination of surface tension and contact angle from the shapes of axisymmetric fluid interfaces.</a> Journal of Colloid And Interface Science. 93 (1), 169-183 (1983).</li><li>Boyce, J. F., Schurch, S., Rotenberg, Y., Neumann, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Measurement+of+Surface+and+Interfacial+Tension+by+the+Axisymmetric+Drop+Technique.">The Measurement of Surface and Interfacial Tension by the Axisymmetric Drop Technique.</a> Colloids and Surfaces. 9, 307-317 (1984).</li><li>Vonnegut, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rotating+bubble+method+for+the+determination+of+surface+and+interfacial+tensions.">Rotating bubble method for the determination of surface and interfacial tensions.</a> Review of Scientific Instruments. 13 (1), 6-9 (1942).</li><li>Lin, S. -. 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. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perfluorinated+surfactants+and+the+environmental+implications+of+their+use+in+fire-fighting+foams.">Perfluorinated surfactants and the environmental implications of their use in fire-fighting foams.</a> Environmental Science and Technology. 34 (18), 3864-3870 (2000).</li></ol>

EBMおよびSBMは大気圧の空気/水かオイル/水インターフェイスのための張力の価値を決定するための簡単で、強い方法である。これらの方法の前提条件情報は各フェーズの密度であり、張力値9を決定するために接触角度情報は必要ありません。技術の主な制限は、サンプルが低粘度を持ち、単相または界面活性剤の溶解度以下でなければならないことです。EBM と SBM の 2 つの?...

平衡表面張力(EST)、または平衡界面張力(EIFT)の決定は、特定の空気/水または油/水界面の、洗浄性、強化された油回収などの幅広い産業分野におけるアプリケーションにとって重要なステップです。、消費財、および薬理1、2、3、4.このような張力値は、動的張力値のみが直接測定可能であるため、動的表面張力(DST)または動的界面張力(DIFT)から間接的に決定する必要があります。動的表面張力値(すなわち、時間の関数としての張力値の測定)は、一定の時間間隔で決定される。平衡張力値は、DST 値が定常状態にある場合に決定されるとみなされます。真の平衡面張力値は、摂動5に対して安定している場合に確立される方が良い。表面積圧縮後の張力緩和のいくつかの観測は、以前にミラーとルンケンハイマーによって報告されており、2つの古典的なテンシオメトリー法、デュヌーイリングとヴィルヘルミープレート法6、7を使用しました。 、8.これらの方法は、この研究で使用されるものよりも正確ではなく、それらのDSTは数分ごとに測定されました。インタフェースの表面張力(ST)または界面張力(IFT)値を測定するために数多くの技術が開発されていますが、DSTまたはDIFT値を測定し、摂動を適用してテストすることができます。取得した定常張値の安定性9.水溶液に界面活性剤の混合物が含まれており、1つが他の成分よりもはるかに速く吸入する場合、DST曲線10に一時的な高原が存在する可能性があります。その後、提示された方法は、1つのコンポーネント界面活性剤のように短い時間スケールではうまく機能しないかもしれませんが、手順が長い時間スケールをカバーするためにわずかに拡張された場合、それらは依然として動作する可能性があります。
ここで説明するプロトコルは、空気/水溶液の表面張力値に関する代表的なデータのみを示しています。しかし、これらのプロトコルは、水溶液と不一致であり、水溶液のそれよりも密度が小さいオイルなどの第2の液体に対する水溶液のIFTにも適用されます。ここでは、これらの基準を満たす2つの堅牢な方法、新興バブル法(EBM)と紡糸気泡法(SBM)を提示する。どちらの方法でも、バブル形状に基づくST値を決定し、接触角度情報を必要としないため、測定値に重大な不確実性や誤差が生じます。EBMの場合、注射器の針先から出てくる気泡の体積を突然変化することによって、領域摂動が起こる。SBMの場合、サンプルの回転周波数の変化は、面積摂動に使用されます。詳細なプロトコルは、動的および平衡緊張測定における一般的な間違いや誤りを回避し、取得したデータの不正確な解釈を防ぐのに役立つように、現場の研究者を導くことを目的としています。

<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

我々は、面積摂動試験で平衡表面張力(EST)値を決定するための2つの堅牢なプロトコルを示す。EST 値は、サーフェス張力(ST)値が定常状態で、摂動に対して安定している場合に、動的サーフェス張力(DST)値から間接的に決定する必要があります。新しいバブル法(EBM)と紡糸気泡法(SBM)を選択したのは、これらの方法では動的張力測定を継続しながら領域摂動を導入することが簡単だからである。気泡の突然の膨張または圧縮は、EBMの領域摂動の源として使用された。SBMの場合、サンプル溶液の回転周波数の変化を用いて領域摂動を生成した。その臨界ミセル濃度(CMC)を上回る固定濃度のトリトンX-100水溶液をモデル界面活性剤溶液として用いった。EBMからのモデル空気/水界面の決定EST値は31.5 ±0.1 mN·m-1であり、SBMからは30.8 ±0.2 mN·m-1であった。 この記事で説明する 2 つのプロトコルは、EST 値を確立するための堅牢な基準を提供します。

EBMを使用した水性トリトンX-100溶液の動的表面張力と平衡面張力 空気に対するトリトンX-100溶液のSST値を測定し、その安定性は5 mM水溶液について試験されました。水中のこの界面活性剤のCMCは0.23 mM14です。SST1は、31.5±0.1mN·m-1、気泡形成後約20sを得た(図3)。約25sの後、表面積をA1=11.4mm2からA2=9.0mm<sup...

Watch this Scientific Journal Video about Accurate Determination of the Equilibrium Surface Tension Values with Area Perturbation Tests at JoVE.com

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

新しい気泡法(EBM)と紡糸気泡法(SBM)を用いて平衡表面張力(EST)値を決定するための2つのプロトコルが、空気に対する界面活性剤含有水相について提示される。

面積摂動試験を伴う平衡表面張力値の正確な決定

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

これらのプロトコルは、張力測定プロトコルに組み込むことができます。例えば、それらは水と油相の間の平衡界の緊張を測定するために使用することができる。このビデオの 2 つのプロトコルのそれぞれは、堅牢で信頼性の高い平衡表面張力値を取得するために使用できます。これらの値は、面積の摂動に対する安定性をテストした後に確立することができます。まず、テキスト プロトコルで説明されているように、テンシオメーターとサンプルを準備します。次に、推定表面張力値に基づいて反転ステンレス針を選択し、分配装置の先端に置きます。次に、40ミリリットルの液体サンプルを石英セルにロードします。サンプル プラットフォームの上にセルを配置します。針の先端が液体サンプルの表面から少なくとも20ミリメートル下になるように、逆針の高さを調整します。水没した逆針を通して1ミリリットルの空気を注入して、シリンジの先端に存在する可能性のある不純物を除去し、空気/液体界面の表面化学的純度を向上させます。次に、初期気泡体積を実験的に決定する。計算された初期気泡ボリュームを分配して、反転したシリンジの先端にバブルを形成します。気泡が動かないように、気泡が静水圧平衡になっていることを確認してください。針先で発生した気泡の形状に基づいて、動的表面張力を測定します。毎秒、ラプラスヨン方程式の軸対称落下形状解析法に基づいて表面張力を計算する。計算された形状とバブルの実際の形状を比較します。2 つの図形が重なっている場合、平衡ラプラス- ヤング方程式が有効です。この推論は、バブルが動かなくなり、表面張力が変化しなくなる場合に完全に有効です。最初の定常状態の表面張力が達成されるまでの時間の関数として表面張力を測定します。定常状態の表面張力は、1メートル当たり1ミリニュートン以下、または連続した動的表面張力測定で5%未満で表面張力が変化する値面として定義される。定常状態の表面張力が得られたら、気泡体積と表面積を記録します。次に、1マイクロリットルの空気を除去して気泡量を減少させ、新しい気泡の体積と面積を記録します。ダイナミック表面張力が第2定常状態の表面張力に達するまで、領域の動的表面張力を測定し続けます。次に、体積と面積が初期値に似たように1マイクロリットルの空気を注入して気泡量を拡大する。3番目の定常状態の表面張力に達するまで、動的表面張力値の測定を続けます。定常状態の3つの表面張力値が1メートル当たり1ミリニュートン未満、または5%未満で互いに異なる場合、その平均を平衡表面張力として定義します。充填されたサンプルホルダーを回転テンシオメーターの回転チャンバーの内部に置き、チューブを500 RPMで回転させます。これにより、注入された気泡が上方に移動したり、チューブウォールに取り付けたりするのを防ぐことができます。次に、2マイクロリットルの空気をシリンジに積み込みます。ゴム中隔を通して注射器の針を挿入し、回転管を密封し、回転管に2マイクロリットルの気泡を注入する。遠心力が大きくなるため、気泡が回転軸に近づき、より変形するようにサンプルチューブの回転周波数を上げます。バブルの中央での水平バブルの長さと半径の比率が8以上になるまで、それをスピードアップし続けます。次に、測定室の傾斜角度を調整して、サンプルチューブを水平に配置します。これにより、バブルの動きが防止され、ラプラスヤング方程式とアルゴリズムで想定される軸対称形状のジャイロ静電気平衡を達成するのに役立ちます。次に、動的サーフェス張力の値を 1 秒間隔で計測して記録します。サーフェステンションが定常状態値に達するまで、固定回転周波数で継続します。また、バブルボリュームと領域を記録します。記録が完了したら、回転周波数を 2 回目の回転周波数に変更して、表面積を変化させます。新しい周波数で 2 番目の定常状態値に達したら、固定回転周波数で動的サーフェス張力を測定します。この時点で、新しいバブルボリュームと領域も記録します。次に、回転周波数を元の値に近づけるように変更します。3 番目の定常状態値に達するまで、この固定回転周波数での動的サーフェス張力値を測定します。再度、新しいバブルボリュームと領域を記録します。新興気泡法を用いて、Triton X-100の5ミリモル溶液の定常状態表面張力値を空気に対して測定した。この濃度は、水中のこの界面活性剤に対する臨界ミセル濃度を上回る。気泡が形成されてから約20秒後に、1メートル当たり31.5ミリニュートンの定常状態の表面張力が得られた。約25秒後、気泡の体積と面積が減少し、動的表面張力は31に低下し、1秒以内に31.5に戻り、定常状態の表面張力番号2をマークした。約50秒後、気泡の体積と面積が急激に増加し、動的表面張力値はほとんど変化しなかったので、定常状態の表面張力番号3は、1メートル当たり31.5ミリニュートンと判定された。3つのSST値はすべて同じであったため、平衡表面張力は1メートル当たり31.5ミリニュートンと判断された。紡績気法を用いて、定常表面張力1は1メートル当たり30.9ミリニュートン、定常表面張力2は30.6、定常状態表面張力3及び平衡面張力は30.8であることが判明した。この2つの方法は、5ミリモルトリトンX-100を測定する際に平衡表面張力値に2.2%の差を有した。これは、おそらく特定の体系的なエラーによるものです。新興の気泡法で覚えておくべきことは、静水圧平衡に近い状態を維持することです。回転するバブル法では、正しい方程式を適用してください。このビデオで説明する方法は、水と油相の間の平衡界面張力値を決定するために適用することもできます。これらの方法は、空気と水の界面で平衡状態にあるときに界面活性剤がどれだけ吸収するかを計算する、より信頼性の高い方法を提供します。また、ミセル化と呼ばれる溶液中の界面活性剤凝集の程度を決定するためにも使用することができる。

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Equilibrium of a Particle

SCIENTISTS IN ACTION

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

デジタルマイクロフルイディクスにBioanalytesの輸送を最適化するための縮小液滴表面相互作用の活用

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

液体環境におけるパルスUVレーザー照射によるシリコン表面の濡れ性の選択エリア変更

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

核反応分析と深さ方向分析を通じて表面・界面層とバルク材料中の水素濃度の定量

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

リモートマイクプローブを用いた非定常面圧の測定

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

プラズマトロン内のアブレーション材料試験中の放射分光境界層調査

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

グラフェンナノプレートレットとマルチスケール複合材料強化に基づくひずみセンシング

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

励起と発光と表面プラズモンのレートを結合の定量

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

超音波疲労引張圧縮モードでのテスト

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Microparticle Manipulation by Standing Surface Acoustic Waves with Dual-frequency Excitations

立って二周波励起表面波による微小物体操作

We demonstrate a method for increasing the tuning ability of a standing surface acoustic wave (SSAW) for microparticles manipulation in a lab-on-a-chip ...

Label-Free Imaging of Single Proteins Secreted from Living Cells via iSCAT Microscopy

無料のラベル画像の単一蛋白質細胞から分泌される生活 iSCAT 顕微鏡を介して

We demonstrate interferometric scattering (iSCAT) microscopy, a method capable of detecting single unlabeled proteins secreted from individual living ...