表面张力测试仪如何测量表面张力

表面张力的测量可以表面张力测试仪进行。这些仪器基于测量施加在位于液-气或液-液界面处的探头上的力。探针连接到非常敏感的天平，并且感兴趣的液体界面与探针接触。当探针与液体表面相互作用时，通过天平测得的力可用于计算表面张力，取决于以下因素：探针的尺寸和形状，探针与液体之间的接触角以及液体的表面张力，探头的大小和形状易于控制，探针通常由铂制成，这有助于确保探针与要研究的液体之间的接触角为零。通常使用两种配置的探针。

杜努伊环法

该方法利用铂环作为探针。通过移动放置液体容器的平台，将环浸没在界面下方。浸入后，平台高度逐渐降低，环最终通过界面拉出并带来弯月形的液体。如果将容器进一步降低，则弯液面最终会从环上撕下。在此事件之前，弯液面的体积（以及所施加的力）会通过最大值，并在实际撕裂事件之前开始下降。

表面张力的计算基于最大力的测量。环的浸入深度和环在经历最大拉力时升起的高度与该技术无关。原始计算基于具有无限直径（或金属丝）的环，并且未考虑由于环的一侧与另一侧接近而被拉起的多余液体。由于表面张力而是毛细作用力，位于环正下方的部分流体不在此处。但是，这种液体会影响天平给出的力读数，从而使测得的表面张力值增加约7％。如今，全自动张力测定仪通常会使用校正因子来减去和说明这种多余的液体。

威廉平板法

该方法利用粗糙的铂金板作为探针。该技术的计算基于与液体接触的完全润湿的板的周长。在这种方法中，探头相对于表面的位置很重要。当液体表面与探针接触时，仪器将通过记录探针上的力变化来检测确切的接触时刻。因此，该位置将被标记为“零浸入深度”。然后将板浸入低于该值的设定深度（通常在界面处几毫米）。当板稍后返回到浸入深度为零时，将记录力。影响威廉米悬片的力可以写成F= γlPcosθ,其中γl是液体的表面张力，P是板的周长（P = 2w + 2t），θ是板与液体之间的接触角。如假定完全润湿，接触角是0和COSθ= 1。然后，表面张力可被计算为γl = F/P 的威廉平板法测量也可在所谓的静态或连续模式，其中威廉米悬片保持在完成在整个测量周期中都与液体接触。

铂金棒

上述两种方法都需要使用相对大量的液体（通常大于10毫升）以确保探针完全润湿。可以使用较小直径的样品容器来减少所需的总体积。但是，有一个限制。当样品容器和探头的边缘太近时，液体和容器边缘之间形成的弯液面会影响平衡。为避免此问题，用户必须在探头和样品容器侧壁之间留出足够的空间，大约2毫米左右。

与这些技术中的任何一种一样，测量的精确度受测量探针几何形状的精确度的影响。铂棒的测量精度可能会小于杜努伊环法或威廉平板法，这会导致表面/界面张力结果的误差更大。因此，仅在样品量有限的情况下才建议使用铂棒法。该方法和计算基于与威廉平板法相同的原理。