Determinazione accurata dei valori di tensione della superficie di equilibrio con i test di perturbazione dell'area
Summary
Due protocolli per determinare i valori di tensione superficiale di equilibrio (EST) utilizzando il metodo a bolle emergente (EBM) e il metodo della bolla rotante (SBM) sono presentati per una fase acquosa contenente surfactant contro l’aria.
Abstract
Dimostriamo due protocolli robusti per determinare i valori di tensione superficiale di equilibrio (EST) con test di perturbazione dell’area. I valori EST devono essere indirettamente determinati dai valori di tensione superficiale dinamica (DST) quando i valori di tensione superficiale (ST) sono a stato costante e stabili rispetto alle perturbazioni. Il metodo a bolle emergente (EBM) e il metodo a bolla rotante (SBM) sono stati scelti, perché, con questi metodi, è semplice introdurre perturbazioni di area continuando le misurazioni dinamiche della tensione. L’espansione o la compressione improvvisa di una bolla d’aria è stata utilizzata come fonte di perturbazione dell’area per l’EBM. Per l’SBM, sono state utilizzate modifiche alla frequenza di rotazione della soluzione campione per produrre perturbazioni di area. Un Triton X-100 soluzione aqueous di una concentrazione fissa sopra la sua concentrazione critica di micelle (CMC) è stato utilizzato come soluzione surfactant modello. Il valore EST determinato dell’interfaccia aria/acqua del modello dall’EBM era di 31,5 mN-m-1 e che dall’SBM era di 30,8 mN-m-1. I due protocolli descritti nell’articolo forniscono criteri affidabili per stabilire i valori EST.
Introduction
La determinazione della tensione superficiale di equilibrio (EST), o della tensione interfacciale di equilibrio (EIFT), di una data interfaccia aria/acqua o olio/acqua è un passo fondamentale per applicazioni in una vasta gamma di aree industriali come la deterrenza, il recupero dell’olio , prodotti di consumo e farmacia1,2,3,4. Tali valori di tensione devono essere determinati indirettamente dalla tensione superficiale dinamica (DST) o dalla tensione interfacciale dinamica (DIFT), perché solo i valori di tensione dinamica sono direttamente misurabili. I valori di tensione dinamica della superficie (ovvero la misurazione dei valori di tensione in funzione del tempo) sono determinati a intervalli di tempo regolari. I valori di tensione di equilibrio vengono considerati determinati quando i valori dell’ora legale sono in stato stabile. I valori di tensione superficiale del vero equilibrio sono meglio stabiliti quando sono stabili rispetto alle perturbazioni5. Diverse osservazioni del rilassamento della tensione dopo la compressione della superficie sono state precedentemente riferite da Miller e Lunkenheimer, che hanno utilizzato due metodi classici di tensiometria, l’anello Du No’y e i metodi della piastra Wilhelmy6,7 ,8. Questi metodi sono meno accurati di quelli utilizzati in questo studio, e questi DEST sono stati misurati ogni pochi minuti. Sono state sviluppate numerose tecniche per misurare i valori delle interfacce relative alla tensione superficiale (ST) o alla tensione interfacciale (IFT), ma esistono solo alcune tecniche che possono essere utilizzate per misurare i valori di DST o DIFT e consentire di applicare perturbazioni per testare stabilità dei valori di tensione stabili acquisiti9. Se la soluzione acquosa contiene miscele surfactant, e quando uno dei componenti adsorbs molto più veloce rispetto agli altri, allora ci può essere un plateau temporaneo nelle curve dell’ora legale10. Quindi i metodi presentati potrebbero non funzionare bene nei tempi brevi come per un componente su factants, ma possono ancora funzionare se le procedure sono leggermente estese per coprire scale temporali più lunghe.
I protocolli qui descritti mostrano dati rappresentativi solo per i valori di tensione superficiale di una soluzione aria/acquosa. Tuttavia, questi protocolli si applicano anche per l’IFT di una soluzione acquosa contro un secondo liquido, come un olio, che è immisciabile con la soluzione acquosa e ha una densità minore rispetto a quella della soluzione acquosa. Qui, vi presentiamo due metodi robusti che soddisfano questi criteri, il metodo a bolle emergente (EBM) e il metodo bolla filatura (SBM). In entrambi i metodi, si determinano i valori ST che si basano sulle bolle e non richiedono informazioni sull’angolo di contatto, che possono introdurre significative incertezze ed errori nelle misurazioni. Per l’EBM, le perturbazioni ad area vengono introdotte cambiando bruscamente il volume della bolla che emerge da una punta di aghi di siringa. Per l’SBM, le variazioni nella frequenza di rotazione dei campioni vengono utilizzate per le perturbazioni ad area. I protocolli dettagliati hanno lo scopo di guidare i ricercatori nel campo, in modo che possano evitare errori comuni o errori nella tensiometria dinamica ed equilibrium e aiutare a prevenire interpretazioni imprecise dei dati acquisiti.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’EBM e l’SBM sono metodi semplici e robusti per determinare i valori di tensione per le interfacce aria/acqua o olio/acqua alla pressione atmosferica. Le informazioni preliminari per questi metodi sono la densità di ogni fase e non sono necessarie informazioni sull’angolo di contatto per determinare i valori di tensione9. Una delle principali limitazioni delle tecniche è che i campioni dovrebbero avere una bassa viscosità, ed essere monofase o al di sotto della solubilità surfactant. I due pr…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori sono grati alla Pioneer Oil Company (Vincennes, IN) per il sostegno finanziario.
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 |
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