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

Os autores são gratos à companhia de petróleo da Pioneer (Vincennes, IN) para apoio financeiro.

1. especificações mínimas do instrumento
<ol><li>Prepare um Tensiômetro para o EBM com as seguintes especificações: (i) um sistema de dosagem para controlar o volume de gás de dosagem; (II) uma câmera para capturar a imagem da bolha; (III) um software de análise de imagem para a resolução da equação de Laplace-Young (equação de ly) com o algoritmo de análise da forma de bolha axisimétrica11,12; e (IV) uma câmara de amostragem com temperatura c...

<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. 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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>

O EBM e o SBM são métodos simples e robustos para determinar os valores de tensão para as interfaces ar/água ou óleo/água na pressão atmosférica. As informações de pré-requisito para esses métodos são a densidade de cada fase e nenhuma informação de ângulo de contato é necessária para determinar os valores de tensão9. Uma limitação principal das técnicas é que as amostras devem ter uma baixa viscosidade, e ser monofásica ou abaixo da solubilidade do surfactante. Os dois pro...

A determinação da tensão superficial de equilíbrio (EST), ou a tensão interfacial de equilíbrio (EIFT), de uma dada interface ar/água ou óleo/água é um passo crítico para aplicações em uma ampla gama de áreas industriais, como detergência, recuperação de óleo reforçada , produtos de consumo e farmacêutica1,2,3,4. Tais valores de tensão devem ser determinados indiretamente da tensão de superfície dinâmica (DST) ou da tensão interfacial dinâmica (DIFT), porque somente os valores dinâmicos da tensão são diretamente mensuráveis. Os valores de tensão de superfície dinâmicos (ou seja, medir os valores de tensão em função do tempo) são determinados em intervalos de tempo regulares. Os valores de tensão de equilíbrio são considerados como determinados quando os valores de DST estão em estado estacionário. Valores de tensão de superfície de equilíbrio verdadeiros são melhor estabelecidos quando são estáveis contra perturbações5. Diversas observações do abrandamento da tensão após a compressão da área de superfície foram relatadas previamente por Miller e por lunkenheimer, que usaram dois métodos clássicos do tensiometria, o anel de du noüy e os métodos da placa de Wilhelmy6,7 ,8. Esses métodos são menos precisos do que os utilizados neste estudo, e esses DSTs foram medidos a cada poucos minutos. Inúmeras técnicas foram desenvolvidas para medir os valores de tensão superficial (ST) ou tensão interfacial (IFT) de interfaces, mas há apenas um punhado de técnicas que podem ser usadas para medir valores de DST ou DIFT e permitir que se aplique perturbações para testar a estabilidade dos valores de tensão de estado estacionário adquiridos9. Se a solução aquosa contiver misturas de surfactante, e quando um dos componentes adsorba muito mais rápido do que os outros, então pode haver um planalto temporário nas curvas de DST10. Em seguida, os métodos apresentados podem não funcionar bem no curto período de tempo-escalas como para um componente surfactantes, mas eles ainda podem trabalhar se os procedimentos são estendidos ligeiramente para cobrir mais tempo-escalas.
Os protocolos aqui descritos mostram dados representativos apenas para valores de tensão superficial de uma solução aquosa/ar. No entanto, estes protocolos também se aplicam para o IFT de uma solução aquosa contra um segundo líquido, como um óleo, que é immiscível com a solução aquosa e tem uma densidade menor do que a solução aquosa. Aqui, apresentamos dois métodos robustos que atendem a esses critérios, o método emergente da bolha (EBM) e o método da bolha de fiação (SBM). Em ambos os métodos, um determina os valores do ST que são baseados em formas da bolha e não exigem a informação do ângulo de contato, que pode introduzir incertezas e erros significativos às medidas. Para o EBM, as perturbações da área são introduzidas abruptamente mudando o volume da bolha emergindo de uma ponta da agulha da seringa. Para o SBM, as alterações na frequência de rotação das amostras são usadas para perturbações de área. Os protocolos detalhados destinam-se a orientar os pesquisadores no campo, de forma que possam evitar erros ou equívocos comuns na tensiometria dinâmica e de equilíbrio e ajudar a evitar interpretações imprecisas dos dados adquiridos.

<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

Nós demonstramos dois protocolos robustos para determinar os valores da tensão superficial de equilíbrio (EST) com testes da perturbação da área. Os valores de EST devem ser determinados indiretamente dos valores da tensão de superfície dinâmica (DST) quando os valores da tensão de superfície (ST) estão no estado estacionário e estáveis de encontro às perturbações. O método emergente da bolha (EBM) e o método da bolha de giro (SBM) foram escolhidos, porque, com estes métodos, é simples introduzir perturbações da área ao continuar medidas dinâmicas da tensão. A expansão abrupta ou a compressão de uma bolha de ar foram usadas como uma fonte de perturbação da área para o EBM. Para o SBM, foram utilizadas alterações na frequência de rotação da solução de amostra para a produção de perturbações da área. Uma solução aquosa de Triton X-100 de uma concentração fixa acima de sua concentração crítica do micela (CMC) foi usada como uma solução modelo do surfactante. O valor de EST determinado da relação ar/água modelo do EBM era 31,5 ± 0,1 mN · m-1 e aquele do sbm era 30,8 ± 0,2 MN · m-1. Os dois protocolos descritos no artigo fornecem critérios robustos para estabelecer os valores de EST.

Tensão de superfície dinâmica e tensão superficial de equilíbrio de uma solução aquosa de Triton X-100 com o EBM Os valores de SST das soluções Triton X-100 contra o ar foram medidos, e sua estabilidade foi testada para solução aquosa de 5 mM; o CMC para este surfactante na água é 0,23 milímetros14. A SST1, 31,5 ± 0,1 MN · m-1, foi obtida aproximadamente 20 s após a formação da bolha (Figura 3). Após cerca ...

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

Dois protocolos para determinar os valores da tensão superficial de equilíbrio (EST) usando o método emergente da bolha (EBM) e o método da bolha de giro (SBM) são apresentados para uma fase aquosa decontenção-contendo de encontro ao ar.

Determinação exata dos valores de tensão superficial de equilíbrio com testes de perturbação de área

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

Esses protocolos podem ser incorporados em protocolos de medição de tensão. Por exemplo, eles podem ser usados para medir a tensão interfacial de equilíbrio entre as fases de água e óleo. Cada um dos dois protocolos deste vídeo pode ser usado para obter valores robustos e confiáveis de tensão superficial de equilíbrio.Esses valores podem ser estabelecidos após testar sua estabilidade contra perturbações de área. Para começar, prepare o tensiômetro e a amostra conforme descrito no protocolo de texto. Em seguida, selecione uma agulha de aço inoxidável invertida com base nos valores estimados de tensão superficial e coloque-a na ponta do dispositivo de distribuição.Em seguida, carregue 40 mililitros de amostra líquida em uma célula de quartzo. Coloque a célula em cima da plataforma de amostra. Ajuste a altura da agulha invertida de modo que a ponta da agulha esteja pelo menos 20 milímetros abaixo da superfície da amostra líquida.Injete um mililitro de ar através da agulha invertida submersa para remover impurezas que poderiam estar presentes na ponta da seringa e melhorar a pureza química superficial da interface ar/líquido. Em seguida, determine experimentalmente o volume inicial da bolha. Dispense o volume inicial de bolhas computado para formar uma bolha na ponta da seringa invertida.Certifique-se de que a bolha está em equilíbrio hidrostático para que a bolha não se mova. Meça a tensão dinâmica da superfície com base na forma da bolha de ar produzida na ponta da agulha. A cada segundo, calcule a tensão superficial com base no método de análise de forma de queda me axisymétrica da equação Laplace-Young.Compare a forma real da bolha com uma forma calculada. Se as duas formas se sobrepõem, então a equação de equilíbrio Laplace-Young é válida. Esta inferência é completamente válida quando a bolha pára de se mover e a tensão da superfície pára de mudar.Meça a tensão superficial em função do tempo até que a primeira tensão superficial de estado estável seja alcançada. A tensão da superfície de estado constante é definida como um plano de valor além do qual a tensão superficial muda em menos de um mililitro por metro ou por menos de 5% em várias medidas consecutivas de tensão dinâmica da superfície. Quando a tensão da superfície de estado estável for alcançada, regisse o volume da bolha e a área da superfície.Em seguida, diminua o volume da bolha removendo um microliter de ar e regise o novo volume e área da bolha. Continue medindo a tensão dinâmica da superfície nas áreas até que a tensão dinâmica da superfície atinja a tensão da superfície de segundo estado estável. Em seguida, expanda o volume da bolha injetando um microliter de ar para que o volume e a área sejam semelhantes aos valores iniciais.Continue medindo os valores dinâmicos de tensão da superfície até que um terceiro estado de tensão superficial seja atingido. Se os três valores de tensão da superfície de estado constante diferem um do outro por menos de um mililitro por metro, ou por menos de 5%, então definimos sua média como a tensão da superfície de equilíbrio. Coloque um suporte de amostra preenchido dentro da câmara giratória do tensiometer giratório e, em seguida, gire o tubo a 500 RPM.Isso deve evitar que a bolha injetada mije para cima ou se anexe à parede do tubo. Em seguida, carregue dois microliters de ar na seringa. Insira a agulha da seringa através do septo de borracha, que sela o tubo giratório e injete uma bolha de ar de dois microliteres no tubo giratório.Aumente a frequência de rotação do tubo amostral para que a bolha se aproxime do eixo de rotação e se deforme mais por causa do aumento das forças centrífugas. Continue acelerando-o até que a razão do comprimento da bolha horizontal para o seu raio no meio da bolha seja oito ou maior. Em seguida, ajuste o ângulo de inclinação da câmara de medição para posicionar o tubo de amostra horizontalmente.Isso impedirá o movimento da bolha e ajudará a alcançar o equilíbrio girostático para uma forma axisymétrica assumida na equação e algoritmo laplace-young usados. Agora, meça e regise os valores dinâmicos de tensão da superfície em intervalos de um segundo. Continue em uma frequência de rotação fixa até que a tensão da superfície atinja um valor de estado estável.Além disso, registo o volume de bolhas e a área. Uma vez registrado, altere a frequência de rotação para uma segunda frequência de rotação para variar a área da superfície. Meça a tensão dinâmica da superfície em uma frequência de rotação fixa uma vez que atinja um segundo valor de estado estável na nova frequência.Neste ponto, também registo o novo volume de bolhas e área. Em seguida, altere a frequência de rotação para que ela fique próxima do valor original. Meça os valores dinâmicos de tensão superficial nesta frequência de rotação fixa até que o terceiro valor de estado estável seja atingido.Novamente, registo o novo volume de bolhas e área. Usando o método de bolha emergente, os valores de tensão da superfície do estado constante de uma solução de cinco milimonas de Triton X-100 foram medidos contra o ar. Esta concentração está acima da concentração crítica de micela para este surfactante na água.A tensão da superfície de estado estável de 31,5 mililitros por metro foi obtida aproximadamente 20 segundos após a formação da bolha. Após cerca de 25 segundos, o volume e a área da bolha foram reduzidos e a tensão dinâmica da superfície caiu para 31 e dentro de um segundo e aumentou para 31,5, marcando a tensão de superfície de estado estável número dois. Após cerca de 50 segundos, o volume e a área da bolha foram aumentados abruptamente e o valor dinâmico da tensão superficial mudou pouco, e, portanto, a tensão da superfície do estado estável número três foi determinada a ser de 31,5 mililitros por metro, também.Os três valores SST eram todos iguais, portanto, a tensão da superfície de equilíbrio foi determinada como sendo de 31,5 mililitros por metro. Usando o método de bolha giratória, a tensão da superfície de estado constante foi encontrada em 30,9 mililitros por metro, a tensão da superfície do estado estável 2 foi encontrada como 30,6, e a tensão da superfície do estado constante três e a tensão da superfície de equilíbrio foi encontrada em 30,8. Os dois métodos apresentaram diferença de 2,2% nos valores de tensão da superfície de equilíbrio ao medir cinco milimonas Triton X-100.Isso provavelmente foi devido a certos erros sistemáticos. A coisa mais importante a ser lembrada para o método de bolha emergente é manter condições próximas aos equilíbrios hidrostáticos. Para o método de bolha giratória, certifique-se de aplicar a equação correta.Os métodos descritos neste vídeo também podem ser aplicados para determinar valores de tensão interfacial de equilíbrio entre as fases de água e óleo. Esses métodos fornecem uma maneira mais confiável de calcular o quanto um surfactante absorve quando em equilíbrio na interface ar-água. Também pode ser usado para determinar a extensão da agregação de surfactantes em uma solução chamada micelização.

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