Genaue Bestimmung der Gleichgewichtsoberflächenspannungswerte mit Flächenstörungstests
Summary
Für eine Tensid-haltige wässrige Phase gegen Luft werden zwei Protokolle zur Bestimmung der Gleichgewichtsflächenspannung (EST) mit der aufkommenden Blasenmethode (EBM) und der Spinnblasenmethode (SBM) vorgestellt.
Abstract
Wir zeigen zwei robuste Protokolle zur Bestimmung der Gleichgewichtsoberflächenspannung (EST) mit Flächenstörungstests. Die EST-Werte sollten indirekt aus den Werten der dynamischen Oberflächenspannung (DST) bestimmt werden, wenn die Oberflächenspannung (ST)-Werte stabil und gegen Störungen stabil sind. Die aufkommende Blasenmethode (EBM) und die Spinnblasenmethode (SBM) wurden gewählt, da es mit diesen Methoden einfach ist, Flächenstörungen einzuführen und gleichzeitig dynamische Spannungsmessungen fortzusetzen. Die abrupte Ausdehnung oder Kompression einer Luftblase wurde als Quelle der Flächenstörung für die EBM verwendet. Für die SBM wurden Änderungen der Rotationsfrequenz der Probenlösung verwendet, um Flächenstörungen zu erzeugen. Als Modelltensidlösung wurde eine quehe Lösung des Triton X-100 mit einer festen Konzentration über ihrer kritischen Micelle-Konzentration (CMC) verwendet. Der ermittelte EST-Wert der Modellluft-Wasser-Schnittstelle aus dem EBM betrug 31,5 x 0,1mN-m-1 und der von der SBM 30,8 x 0,2 mN-m-1. Die beiden in diesem Artikel beschriebenen Protokolle enthalten robuste Kriterien für die Ermittlung der EST-Werte.
Introduction
Die Bestimmung der Gleichgewichtsoberflächenspannung (EST) oder der Gleichgewichtsgrenzspannung (EIFT) einer gegebenen Luft-Wasser- oder Öl-/Wasserschnittstelle ist ein entscheidender Schritt für Anwendungen in einer Vielzahl von Industriebereichen wie Abschreckung, verbesserte Ölrückgewinnung , Konsumgüter und Pharmazeutika1,2,3,4. Solche Spannungswerte sollten indirekt aus der dynamischen Oberflächenspannung (DST) oder der dynamischen Grenzflächenspannung (DIFT) bestimmt werden, da nur dynamische Spannungswerte direkt messbar sind. Dynamische Oberflächenspannungswerte (d.h. Zeitmessungswerte) werden in regelmäßigen Zeitintervallen ermittelt. Gleichgewichtsspannungswerte gelten als bestimmt, wenn sich die DST-Werte im stabilen Zustand befinden. Wahre Gleichgewichtsoberflächenspannungswerte werden besser ermittelt, wenn sie gegen Störungen stabil sind5. Mehrere Beobachtungen der Spannungsentspannung nach Oberflächenkompression wurden zuvor von Miller und Lunkenheimer berichtet, die zwei klassische Tensiometriemethoden, den Du Noüy Ring und die Wilhelmy-Plattenmethoden6,7 ,8. Diese Methoden sind weniger genau als die in dieser Studie verwendeten, und diese DSTs wurden alle paar Minuten gemessen. Es wurden zahlreiche Techniken zur Messung der Oberflächenspannungs- (ST) oder Grenzflächenspannung (IFT) von Schnittstellen entwickelt, aber es gibt nur eine Handvoll Techniken, die verwendet werden können, um DST- oder DIFT-Werte zu messen und es zu ermöglichen, Störungen anzuwenden, um die Stabilität der erworbenen Steady-State-Spannungswerte9. Wenn die wässrige Lösung Tensidmischungen enthält und eine der Komponenten viel schneller adsorbiert als die anderen, dann kann es ein temporäres Plateau in den DST-Kurven10geben. Dann funktionieren die vorgestellten Methoden in den kurzen Zeiträumen möglicherweise nicht gut wie bei einem Komponententenside, aber sie können immer noch funktionieren, wenn die Verfahren leicht auf längere Zeiträume ausgedehnt werden.
Die hier beschriebenen Protokolle zeigen repräsentative Daten nur für Oberflächenspannungswerte einer luft-wässrigen Lösung. Diese Protokolle gelten jedoch auch für das IFT einer wässrigen Lösung gegen eine zweite Flüssigkeit, wie z. B. ein Öl, das mit der wässrigen Lösung nicht mischbar ist und eine geringere Dichte aufweist als die der wässrigen Lösung. Hier stellen wir zwei robuste Methoden vor, die diese Kriterien erfüllen, die aufkommende Blasenmethode (EBM) und die Spinnblasenmethode (SBM). Bei beiden Methoden ermittelt man ST-Werte, die auf Blasenformen basieren und keine Kontaktwinkelinformationen benötigen, was zu erheblichen Unsicherheiten und Fehlern bei den Messungen führen kann. Für den EBM werden Flächenstörungen eingeführt, indem das Volumen der Blase, die aus einer Spritzennadelspitze entsteht, abrupt verändert wird. Für die SBM werden Änderungen der Rotationsfrequenz der Proben für Flächenstörungen verwendet. Die detaillierten Protokolle sollen forscher naden, so dass sie häufige Fehler oder Fehler in der dynamischen und Gleichgewichtstensiometrie vermeiden und helfen, ungenaue Interpretationen der erfassten Daten zu verhindern.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die EBM und die SBM sind einfache und robuste Methoden zur Bestimmung von Spannungswerten für Luft-Wasser- oder Öl-/Wasserschnittstellen bei atmosphärischem Druck. Voraussetzung für diese Methoden ist die Dichte jeder Phase, und zur Bestimmung der Spannungswerte9sind keine Kontaktwinkelinformationen erforderlich. Eine wesentliche Einschränkung der Techniken besteht darin, dass die Proben eine niedrige Viskosität haben und einphasig oder unterhalb der Tensidlöslichkeit sein sollten. Die beid…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren sind der Pioneer Oil Company (Vincennes, IN) für die finanzielle Unterstützung dankbar.
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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