Determinación precisa de los valores de tensión superficial de equilibrio con pruebas de perturbación de área
Summary
Se presentan dos protocolos para determinar los valores de tensión superficial de equilibrio (EST) utilizando el método de burbuja emergente (EBM) y el método de burbuja giratoria (SBM) para una fase acuosa que contiene surfactantes contra el aire.
Abstract
Demostramos dos protocolos robustos para determinar los valores de tensión superficial de equilibrio (EST) con pruebas de perturbación de área. Los valores EST deben determinarse indirectamente a partir de los valores de tensión superficial dinámica (DST) cuando los valores de tensión superficial (ST) están en estado estacionario y estables contra perturbaciones. Se eligieron el método de burbuja emergente (EBM) y el método de burbuja giratoria (SBM), ya que, con estos métodos, es fácil introducir perturbaciones de área mientras continúa con las mediciones de tensión dinámica. La expansión abrupta o compresión de una burbuja de aire se utilizó como fuente de perturbación de área para el EBM. Para el SBM, se utilizaron cambios en la frecuencia de rotación de la solución de muestra para producir perturbaciones de área. Como solución surfactante modelo se utilizó una solución acuosa Triton X-100 de una concentración fija por encima de su concentración de micelas críticas (CMC). El valor EST determinado de la interfaz aire/agua del modelo a partir de la EBM fue de 31,5 a 0,1 mN-m-1 y que, a partir del SBM, fue de 30,8 a 0,2 mN-m-1. Los dos protocolos descritos en el artículo proporcionan criterios sólidos para establecer los valores EST.
Introduction
La determinación de la tensión superficial de equilibrio (EST), o la tensión interfacial de equilibrio (EIFT), de una interfaz de aire/agua o aceite/agua determinada es un paso crítico para aplicaciones en una amplia gama de áreas industriales como la detergencia, la recuperación mejorada del aceite , productos de consumo y farmacéuticos1,2,3,4. Estos valores de tensión deben determinarse indirectamente a partir de la tensión superficial dinámica (DST) o de la tensión interfacial dinámica (DIFT), ya que sólo los valores de tensión dinámica son directamente medibles. Los valores de tensión superficial dinámica (es decir, medir los valores de tensión en función del tiempo) se determinan a intervalos de tiempo regulares. Los valores de tensión de equilibrio se consideran determinados cuando los valores DST están en estado estacionario. Los valores de tensión superficial de equilibrio verdadero se establecen mejor cuando son estables contra perturbaciones5. Miller y Lunkenheimer han informado previamente varias observaciones de la relajación de la tensión después de la compresión de la superficie, que utilizaron dos métodos clásicos de tensiometría, el anillo Du Noy y los métodos de placa Wilhelmy6,7 ,8. Esos métodos son menos precisos que los utilizados en este estudio, y esos DST se midieron cada pocos minutos. Se han desarrollado numerosas técnicas para medir los valores de tensión superficial (ST) o tensión interfacial (IFT) de las interfaces, pero sólo hay un puñado de técnicas que se pueden utilizar para medir los valores de DST o DIFT y permitir que se estabilidad de los valores de tensión de estado estacionario adquiridos9. Si la solución acuosa contiene mezclas de surfactantes, y cuando uno de los componentes se absorbe mucho más rápido que los demás, entonces puede haber una meseta temporal en las curvas DST10. Entonces los métodos presentados pueden no funcionar bien en las escalas de tiempo cortas como para los tensioactivos de un componente, pero todavía pueden funcionar si los procedimientos se extienden ligeramente para cubrir escalas de tiempo más largas.
Los protocolos descritos aquí muestran datos representativos solo para los valores de tensión superficial de una solución de aire/acuosa. Sin embargo, estos protocolos también se aplican a la IFT de una solución acuosa contra un segundo líquido, como un aceite, que es inmiscible con la solución acuosa y tiene una densidad menor que la de la solución acuosa. Aquí, presentamos dos métodos robustos que satisfacen estos criterios, el método de burbuja emergente (EBM) y el método de burbuja giratoria (SBM). En ambos métodos, se determinan los valores ST que se basan en formas de burbuja y no requieren información de ángulo de contacto, lo que puede introducir incertidumbres y errores significativos en las mediciones. Para el EBM, las perturbaciones de área se introducen cambiando abruptamente el volumen de la burbuja que emerge de una punta de aguja de jeringa. Para el SBM, los cambios en la frecuencia de rotación de las muestras se utilizan para perturbaciones de área. Los protocolos detallados están dirigidos a guiar a los investigadores en el campo, de modo que puedan evitar errores o errores comunes en la tensiometría dinámica y de equilibrio y ayudar a evitar interpretaciones inexactas de los datos adquiridos.
Protocol
Representative Results
Discussion
El EBM y el SBM son métodos simples y robustos para determinar los valores de tensión para las interfaces aire/agua o aceite/agua a presión atmosférica. La información de requisitos previos para estos métodos es la densidad decada fase, y no se requiere información de ángulo de contacto para determinar los valores de tensión 9. Una limitación importante de las técnicas es que las muestras deben tener una viscosidad baja, y estar monofásicas o por debajo de la solubilidad surfactante. L…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores están agradecidos a la Pioneer Oil Company (Vincennes, IN) por su apoyo financiero.
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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