用于低或超低界面张力测定装置-旋转液滴界面张力测定仪

　　1　引　　言

　　液液界面是两种不相混溶的液体相接触而形成的物理界面,大量存在于生物体及自然界中,对于生命现象、工业生产及日常生活均极为重要。液液界面张力是垂直通过液液界面上任一单位长度、与界面相切的收缩界面的力,是一种重要的化工基础数据,在界面化学、液液萃取、表面活性剂开发、三次采油等方面都具有广泛的应用[1]。

　　液液界面张力的测定方法有很多,如毛细上升或下降法、脱环法、滴体积法(滴重法)、吊片法、泡压法(气泡最大压力法)、停滴法、悬滴法等[2]。而能适用于低界面张力(10-1～10-2mN/m)或超低界面张力(低于10-3mN/m)测定的方法却很少,上述方法中只有滴外形法尚可应用,但实际测定时非常困难。通常只有在采用旋转液滴法测定低或超界面张力时,人为地改变了原来重力与界面张力的平衡,通过使体系旋转,增加离心力场的作用实现界面张力的测定。旋转液滴法是一种光学设备及其它设施要求都相对简单、易于建立且有较好正确度的测定方法。国外虽有商品出售,但价格昂贵,国内除少数单位已引进该仪器外,却无研制的报道。本文将介绍一种低或超低界面张力测定装置—旋转液滴界面张力仪,并用该仪器测定一些两相系统的界面张力。

　　2　测定原理

　　在一旋转的样品管C中充满高密度为ρB的液体,加入低密度为ρA的液滴A使它悬浮在液体B中,密闭地安装在旋转液滴仪的样品管中,这时样品管平行于旋转轴D,如图1所示。开动机器后,以样品管中心轴为转轴,携带液体以角速度ω旋转。在离心力、重力及界面张力的作用下,低密度液滴在高密度液体中形成一长球形或圆柱形液滴,其形状由旋转速度和两液体之间的界面张力决定。假设液滴A经拉长后与旋转轴重合,忽略重力和浮力的影响,当角速度ω足够大时,可将其看作是带有两个半圆底的圆柱体。Vonnegut[3]从液滴体积不变时,液滴A的总能量最小的原则出发,导出了界面张力的近似计算公式:

　　y0——液滴A被拉伸后垂直方向的最大半径鉴于液滴A被拉伸后垂直方向的最大半径比较小,测定比较困难,而且准确度很难保证。因此,将上式进行了变化,改写为:

　　这样,只要通过测定被测低密度相液体体积V、旋转的角速度ω以及两液体的密度差Δρ,便可从上述方程求得两相间的界面张力γ。

　　3　仪器的构造

　　本仪器的检测对象是玻璃样品管的转速(ω)和低密度液滴长度(L),借助于公式(2),便可实现对低或超低界面张力γ的间接测定。它主要由夹持、旋转驱动、速度控制与测速、测长等部分组成(图2)。