一、 核心概念與測量對象??
旋轉滴界面張力儀是一種用于測量??超低界面張力的高精度專用儀器。它的主要測量對象是兩種不互溶液體(如油和水)之間的界面張力，尤其擅長測量在表面活性劑、微乳液等存在下達到的極低界面張力值。
•界面張力??：是作用于兩種不混溶流體(如油/水)界面上的力，其趨勢是使界面面積收縮至最小。它是表征乳液穩(wěn)定性、潤濕性、鋪展性等現(xiàn)象的關鍵物理量。
•超低界面張力??：在普通情況下，油/水界面張力約為30-50 mN/m。加入表面活性劑后，該值可降至??10?³ mN/m (mN/m)?? 甚至更低。這種超低界面張力對于形成??微乳液??、??增強采油??等領域至關重要，而傳統(tǒng)的測量方法(如吊片法、白金板法)無法精確測量如此低的值。
??二、 工作原理：形態(tài)分析??
旋轉滴法的原理基于??力學平衡??和??Young-Laplace方程??。其核心思想是??利用離心力對抗界面張力，通過分析液滴的形態(tài)來計算界面張力??。
??測量過程分解：??
1.裝樣與旋轉??：
•將高密度的相(通常是水相)注入一個細長的樣品管中。
•將少量低密度的相(通常是油相，即待測液滴)注入到樣品管中心。
•密封樣品管后，將其水平安裝在一個高速旋轉的轉軸上。
2.液滴變形與力學平衡??：
•當樣品管高速旋轉時，會產(chǎn)生強大的??離心力??。
•在離心力作用下，密度較低的油滴會受到指向旋轉軸心的力(俗稱“向心力”)，使其被拉長、變形成一條細長的??圓柱形或紡錘形??。
•與此同時，??界面張力??會抵抗這種變形，試圖將液滴收縮成球形(具有最小表面積的形狀)。
•經(jīng)過一段時間后，這兩種力會達到平衡，液滴會形成一個穩(wěn)定的、細長的橢球體。
3.??圖像分析與計算??：
•儀器通過一個與旋轉軸同心的光學系統(tǒng)(攝像頭)實時觀察和拍攝液滴的形態(tài)。
•在平衡狀態(tài)下，液滴的??直徑(d)?? 和??長度(L)?? 與界面張力(γ)存在明確的數(shù)學關系(由Vonnegut, Manning等人推導)。
•對于??長圓柱形液滴(L >> d)??，界面張力可通過簡化公式計算：
??γ = Δρ * ω² * d³ / 32??
•γ：界面張力(mN/m)
•Δρ：兩相密度差(g/cm³)
•ω：旋轉角速度(rad/s)
•d：液滴的穩(wěn)定直徑(mm或cm，注意單位統(tǒng)一)
儀器軟件通過自動測量液滴的直徑 d，并結合已知的轉速 ω和密度差 Δρ，即可自動計算出超低界面張力值。
??三、 儀器核心組件??
一臺典型的旋轉滴界面張力儀包括：
1.高速精密電機與轉軸??：提供穩(wěn)定、可精確控制的高速旋轉(轉速通常可達數(shù)千至上萬RPM)，這是產(chǎn)生足夠離心力的關鍵。
2.樣品管(毛細管)??：通常由耐腐蝕、光學透明的玻璃或石英制成，水平安裝于轉軸上。
3.同軸光學系統(tǒng)??：
•光源??：提供均勻的背光，使液滴形成清晰的輪廓。
•高速攝像頭??：在旋轉狀態(tài)下清晰捕捉液滴的圖像。
4.恒溫系統(tǒng)??：精確的溫度控制(通常通過帕爾貼元件或循環(huán)水浴實現(xiàn))，因為溫度對界面張力、密度和表面活性劑性能影響巨大。
5.??圖像處理與控制系統(tǒng)??：專用軟件用于控制轉速、采集圖像、自動識別液滴輪廓、測量尺寸并進行計算。
??四、優(yōu)勢?
•??超高靈敏度??：是能可靠測量??10?? mN/m??級別超低界面張力的商用技術。
•??樣品量少??：僅需微升(μL)級別的油相樣品，非常節(jié)省珍貴樣品。
•全自動測量??：現(xiàn)代儀器可實現(xiàn)從轉速優(yōu)化、圖像捕捉到數(shù)據(jù)計算的全程自動化。
•可研究動態(tài)界面張力??：通過監(jiān)測液滴直徑隨時間的變化，可以研究表面活性劑在界面上的吸附動力學過程。
五、旋轉滴界面張力儀標配組件：
1.儀器主機1臺(不含配套電腦)；
2.工業(yè)成像系統(tǒng)1套；
3.RS-232串口線2根/USB數(shù)據(jù)線1根；
4.電源線1根；
5.注射器用針頭長10cm5支；
6.內(nèi)徑4mm樣品管4支；
7.內(nèi)徑2mm樣品管4支；
8.離心管密封用堵頭5套；
9.主機旋轉軸壓帽2個；
10.儀器校驗標樣管2支。
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