光學懸滴法測量表/界面張力的特點和優點

與傳統的表/界面張力測量法薄板法和吊環法相比，懸滴法幾乎在涉及測量的準確性、可靠性、方便性和應用/適用范圍等的每一方面都顯示出其明顯的特點和優點：

• 懸滴法是一種絕對的測量方法（absolute method）。說它絕對是因為它不像其它的方法需要作多種假設，如Du Nouy吊環法和Wilhelmy Plate法都要假設被測的液體能完全潤濕吊環或薄板，吊環或薄板在接觸液/流-界面時必須與液面保持平行或垂直等等，而且所用的吊環或薄板的真正幾何尺寸事實上往往需要通過測量已知表面張力的液體（而且往往選用水）來校正或驗證。

• 懸滴法僅有二個假設：1）液滴處于界面張力和重力（或/和其它外力，如果存在的話）的靜力平衡；2）懸滴呈中心軸旋轉對稱（rotational invariance）。對于粘度在100 Pa·s 以下的液體，其實要做到這二點并不難點，只要保證形成的懸滴尺寸不要太小，以及（根據液體的粘度）給其以足夠長的平衡時間就基本可達到?；跀底謭D像的懸滴法唯一需要校正的，或者更準確地說，需要測量的是圖像的放大倍數（image scale），這可通過對已知尺寸的、用來形成懸滴的毛線管/針管的圖像的同時測量，或通過運用高精密的注射泵，來獲得，由此引入的系統誤差可控制在0.1%左右。而后者也只對測量的絕對值產生影響。

• 操作最簡便、省時。懸滴法在計算機/數字化后已成為所有方法中測量操作上最方便、簡易的方法，能很快地取得準確可靠的結果。測量一液體的表面張力應可在數分鐘內完成（這已經包括事先準備和時候清理！）。

• 測量范圍廣：小至約0.001mN/m，大到上百上千mN/m都可用這一方法測量。沒有其它的測量方法可與此相比擬。

• 測量精度高，重復性好：現代的、基于液滴整個輪廓分析的懸滴法在一般實驗條件下精度就可以達到約0.1%。傳統的測量方法，一般只能在最理想的條件下方能達到這一精度，而且受種種影響因數的制約。

• 是所有方法中液體用量最小的方法。液滴小至約10微升就能準確測定，所以原則上只需要幾十微升的液體就可測量。這為測量一些貴重的、稀有的液體體系提供了可能。傳統測量方法的液體用量至少在幾十毫升以上，因為必須保證液體因在容器壁上的潤濕而引起的液面彎曲離開測量的探針表面足夠地遠，不致對測量產生明顯的影響，這就要求容器的內徑要足夠大，需要足夠多的被測液體。

• 測量的探針對形成的表/界面施加的影響最?。阂旱问聦嵣现慌c管端口的截面或管的外管壁（如果液體能很好潤濕管壁的話）有少量接觸，此一接觸面積與整個液滴的表面積相比是很小的。這對研究表面活性劑體系以及其它的自組織體系尤其重要，因為傳統的測量方法如Du Nouy吊環法和Wilhelmy Plate 薄板法很難避免使用的吊環或薄板本身（一般由金屬材料制作）對表面活性劑（或其它的自組織體系）在表面的吸附（absorption）和分子的組織排列產生影響。

• 對液體的粘度最不敏感：由于上述的很小的接觸面積，使得液滴能很快達到平衡，所以懸滴法是最適合測量高粘度液體的方法。事實上如果一液體（或熔融體）由于粘度太大而無法用懸滴法進行測量，也就很難再找到其他合適的直接測量方法。正是由于這一原因，懸滴法被廣泛地用來測量高粘度的高分子融體和高分子溶液的表/界面張力。

• 非常適合高溫、高壓等極端條件下的測量。懸滴法常被用于溫度高達上千度，壓力高達幾百巴的環境下的測量。

• 適用于進行非常寬廣時間范圍的動態測量：可從表/界面形成后的約0.1秒（甚至可低到幾十微妙）起，對表/界面進行時間依賴性動態測量，測量可持續至幾分鐘，幾小時，幾天，...。此方法的動態測量尤其適合研究表面活性劑體系。不但可以考察表面活性劑的擴散速度，而且可以測量動態和靜態CMC，表面活性分子在表面所占的面積等。在市場上可供給的所有測量方法中，除了最大氣泡壓力法的在測量極短界面壽命（從約0.01秒起）的動態表面張力的能力優于懸滴法外，懸滴法是最適合用于測量動態界面張力的方法，也是跨越時間范圍最寬的方法（最大氣泡壓力法只能到約幾十秒），在這方面是傳統的吊環法和薄板法以及液滴體積法根本無法比擬的。

• 是所有方法中最適合用于測量液/液-界面張力的方法。液/液-體系是個多相、多組分體系，液/液-界面張力由于表面活性劑或者雜質的存在，或者二相之間的部分相容性，往往表現出緩慢、漫長的時間依賴性，懸滴法非常寬廣的動態時間范圍使得其能充分跟蹤這一變化過程。界面二側的二相往往屬性差異很大（否則它們也就不會形成界限分明的界面），所以很難找到一合適的材料表面，讓它對二相都具有很好的潤濕性，這就使得前面提及的傳統測量方法（吊環法和薄板法）所依賴的假設 – 接觸角為零 – 幾乎無法實現。

• 適用于進行表面粘/彈性（Surface Rheology）的研究：在適當硬件的支持下（ 如高精度注射泵或壓電單元），懸滴的表面積或體積都可以得到控制，并使其隨著時間按某一模式發生變化，如果同時跟蹤液滴界面表面張力的變化，就可分析得到體系（界面）的粘/彈性模量，這對研究乳化劑的性能以及發泡性能和泡沫的穩定性很有幫助。懸滴的表面積其實是一微形的Langmuir Trog（槽 ），許多以前得運用Langmuir Trog的研究工作，不少可以通過懸滴法來代替，同時大大減少了液體的用量。

雖然由于歷史的原因，傳統的測量方法目前還占據著表/界面張力測量領域的首要位置，市場上也有大量的基于這些方法的測量儀器供給。但與現代完全數字、計算機化的懸滴法相比，實際上很難找到一個方面，可以讓傳統的測量方法顯示出其（明顯的）優越性。

事實上，傳統測量方法存在一些天生的、古有的缺陷：傳統“力表面張力儀”的特點和缺陷。

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