通过区域扰动测试精确测定平衡表面张力值
Summary
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。
Abstract
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。
Introduction
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。
Protocol
Representative Results
Discussion
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?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者感谢先锋石油公司（文森斯，IN）的财政支持。
Materials
| 10 µL, Model 1701 SN SYR, Cemented NDL, Custom gauge, length, point style | Hamilton | 80008 | gauge: 26s, needle length: 2.5 inch, point style: 2 |
| Anton Paar Density Meter | Anton Paar | DMA 5000 | |
| Barnstead MicroPure Water Purification System | Thermo Fisher Scientific | 50132374 | |
| Emerging bubble tensiometer | Ramé-Hart Instrument Company | Model 790 | |
| Spinning bubble tensiometer | DataPhysics Instruments | SVT 20 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 |
Referências
- Shah, D. O., Schechter, R. S. . Improved oil recovery by surfactant and polymer flooding. , (1977).
- Hiemenz, P. C., Rajagopalan, R. . Principles of Colloid and Surface Chemistry. , (1997).
- Adamson, S. W. . Physical Chemistry of Surfaces. , (1990).
- Doe, P. H., El-Emary, M., Wade, W. H., Schechter, R. S. Surfactants for producing low interfacial tensions: II. Linear alkylbenzenesulfonates with additional alkyl substituents. Journal of the American Oil Chemists’ Society. 55 (5), 505-512 (1978).
- Chung, J., Boudouris, B. W., Franses, E. I. Surface Tension Behavior of Aqueous Solutions of a Propoxylated Surfactant and Interfacial Tension Behavior against a Crude Oil. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 537, 163-172 (2018).
- Miller, R., Lunkenheimer, K. On the determination of equilibrium surface tension values of surfactant solutions. Colloid & Polymer Science. 261 (7), 585-590 (1983).
- Miller, R., Lunkenheimer, K. Adsorption kinetics measurements of some nonionic surfactants. Colloid & Polymer Science. 264 (4), 357-361 (1986).
- Lunkenheimer, K., Miller, R. Properties of homologous series of surface-chemically pure surfactants at the water-air interface Part I: Equilibrium properties. Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften der DDR, abteilung Mathematik, Naturwissenschaften, Technik. (1), 113 (1986).
- Franses, E. I., Basaran, O. A., Chang, C. -. H. Techniques to measure dynamic surface tension. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 1 (2), 296-303 (1996).
- Hua, X. Y., Rosen, M. J. Dynamic surface tension of aqueous surfactant solutions 1. basic parameters. Journal of Colloid and Interface Science. 124 (2), 652-659 (1988).
- Rotenberg, Y., Boruvka, L., Neumann, A. W. Determination of surface tension and contact angle from the shapes of axisymmetric fluid interfaces. Journal of Colloid And Interface Science. 93 (1), 169-183 (1983).
- Boyce, J. F., Schurch, S., Rotenberg, Y., Neumann, A. W. The Measurement of Surface and Interfacial Tension by the Axisymmetric Drop Technique. Colloids and Surfaces. 9, 307-317 (1984).
- Vonnegut, B. Rotating bubble method for the determination of surface and interfacial tensions. Review of Scientific Instruments. 13 (1), 6-9 (1942).
- Lin, S. -. Y., Mckeigue, K., Maldarelli, C. Diffusion-controlled Surfactant Adsorption Studied by Pendant Drop Digitization. AIChE Journal. 36 (12), 1785-1795 (1990).
- Sheng, J. J. Modern chemical enhanced oil recovery: theory and practice. Gulf Professional Publishing. , (2010).
- Moody, C. A., Field, J. A. Perfluorinated surfactants and the environmental implications of their use in fire-fighting foams. Environmental Science and Technology. 34 (18), 3864-3870 (2000).
