傳統“力表面張力儀（Force Tensiometer）”的特點和缺陷
基于稱重（測力）原理的表面/界面張力測量方法是傳統測量方法中最早被商品化的，也是當前最普及的。其中的代表有薄板（Wilhelmy plate）法和吊環法（Du Noüy-ring），以及近幾年也被采用的圓柱（rod）法。
這些方法通過測量液體表面（或界面）施加于固體表面（探針/探頭）的力來計算出表面張力（或界面張力），其核心組件是一高精度的測力傳感器（micro-balance / weighing cell）：提高測力傳感器的精度雖然可以提高測量的分辨率，但同時也提高對測量環境的要求，如防震動、恒溫等。但準確地測量并獲得力的強度只是完成了整個測量任務的一部分，更為關鍵的是如何把這一測量得到的力與液體界面的表面張力（或界面張力）關聯起來；另外測量獲得的力是一綜合的力，其中包括表面/界面張力施加的力，所以必須把后者從中分離出來。正是在這一點上，必須引入各種前提、假設和經驗校正因子，使得這類方法不能被稱為絕對的方法，并受到種種制約和限制。
1. 吊環法
本法把圓環（即吊環，常用細鉑-銥合金絲制造）從液面以下緩慢地提起（一般通過降低液面的相對運動），同時記錄力隨位置的變化。當吊環被提升至液面以上高度時，吊環下方懸掛著被拉伸的液面（liquid meniscus）; 在吊環與液面脫離前的瞬間，拉力達到最大值。現代的吊環法往往控制吊環提起的高度：在拉力達到最大值后，而吊環與液面還未脫離前，又緩緩地降低吊環的高度；當吊環下降到一定高度后，又重新把它緩慢地拉高，以再次尋找拉力達到最大值時的位置點。這樣反復地進行，以獲得重復測量的最大值數值。對這一最大值進行經驗因子校正，就可計算出表面/界面張力值。從這里可以看出，吊環法測量表面張力是個動態、非平衡過程：在整個測量過程中，表面處于不斷形成和更新的狀態，所以用吊環法得不到表面張力的靜態值或平衡值，除非表面張力達到靜態值或平衡值所需的時間遠遠低于測量所需的時標（time scale），或者被測量的液體是單一組成的純液體（pure liquids）。吊環法也無法測量表面形成后瞬間起表面/界面張力隨時間的動態變化，因為整個測量過程（獲得第一個拉力最大值）需要較長時間才可完成。
吊環法的關鍵問題在于計算時必須用到的校正因子（correction factor）。吊環下方懸掛的、被拉伸的液面（liquid meniscus）對吊環施加的力不只局限于液面對吊環接觸周長（periphery of wetted surface）由于表面/界面張力而引起的作用力，而且還包括吊環下方由于毛細管作用力而懸掛的部分液體（portion of liquid）的重量。而后者貢獻的大小與形成的、具體懸掛液面（liquid meniscus）的復雜形狀緊密相關，而后者又與液體在吊環表面的接觸角值，吊環的直徑，吊環絲的直接，裝盛液體的容器的尺寸，液體在容器器壁上的潤濕現象以及液體本身的表面張力和密度值等多種因素有關。在吊環測量法發展的歷史上，人們提出了多種不同的校正因子計算（經驗）公式，其中常用的有Harkins and Jordan（1930），Huh and Mason （1975），和Zuidema and Waters （1941）等。不同的經驗公式都有不同的限制范圍，比如只適合于一定的表面張力值范圍和一定的密度差范圍等。它們都有一個共同的局限性：目前所有的校正因子公式都是在假設表面張力值不隨時間（至少在測量的時標范圍）變化的前提下得出的，也即都假設了待測量的液體為單組分純液體，而且也都只是通過測量單組分純液體的表面張力進行了“驗證”。另外它們也都忽略了液面在容器器壁上的潤濕形成的膜（film）可能產生的對測量的影響，也即假設了容器直徑為非常大。而后者尤其可以對含有表面活性劑成分的溶液體系的表面張力的測量帶來顯著的影響，使得結果重復性差，誤差大（可高達10mN/m或20%以上）（參見文獻[1]）。
所以嚴格地說吊環法只適合用于測量單組分純液體的表面張力值，也只有在這種情況下才能保證許多儀器制造廠家所標出的測量準確性。另外測量時還必須注意以下的事項：
多數校正公式在推導時假設了液體在吊環表面的接觸角值為零，所以每次測量前必須通過用火燒烤來清潔吊環的表面以保證好的潤濕性。非零接觸角值將引起明顯的測量誤差：而且表面張力值越大，偏差也將越大。
吊環材料的機械強度很弱，使用過程中很容易變形。變形的吊環將導致非常大的測量誤差（甚至無法測量），需要修理或購買新的吊環，價格均不菲。
測量時必須保證吊環面的水平放置，也即吊環平面必須與液面平行，否則會引起很大的誤差。
當用于測量含有表面活性劑的溶液時（嚴格地講，這一方法不適合這一用途），必須確保每次使用前，都要把吊環和容器表面上可能吸附/粘附的表面活性劑分子徹底地清洗干凈，否則將引起可觀的測量誤差。對于有些表面活性劑體系，清洗的難度是相當可觀的。 另外在進行了粘性的硅油或原油的測量后，也必須采用很好的溶劑（比如丙酮）把吊環表面徹底地清洗干凈，否則將影響后續的測量結果。
測量含有表面活性劑的溶液時（嚴格地講，這一方法不適合這一用途）：表面活性劑分子可以在吊環表面發生吸附，拉起的懸掛在吊環下方的液面（liquid meniscus）可以對表面層的表面活性劑濃度造成影響（尤其對溶解性不好的表面活性劑）。另外吊環法的測量原理使得表面活性劑分子在表面上無法達到分布、排列和取向的平衡狀態，使得得到的表面張力值無相應的對應狀態，數值可與測量的具體過程和速度有關。
吊環法的原理決定了其即無法測量平衡表面張力值，也無法用于跟蹤、測量動態表面張力值隨時間的變化。
2. 薄板法
薄板法在測量中采用一薄板（通常也用鉑-銥合金材料制造）作為探針來進行測量。測量時，或是慢慢地將原先浸入到液面以下的薄板底部邊沿（bottom of plate）拉升，使后者剛剛好與液面處于同一平面為止（flush with the liquid surface）；或是讓薄板底部邊沿慢慢地從上方接近液面，使其剛剛好與液面發生接觸為止。然后保持在這一所謂的0接觸位置測量探針受到的力，并跟蹤它隨時間的變化。在假設液面與薄板表面的接觸角為0和已知薄板的潤濕周長（periphery of the wetted surface）的前提下，可以從測量到的力計算得到表面張力值。與吊環法不同的是，薄板法不需要校正因子。
薄板法雖然能較好地控制表面的靜態平衡，可以測量表面張力隨時間的變化，但無法測量表面形成后瞬間的動態屬性，其能測量的最短時間范圍約在表面形成后的數秒之后。另外本方法在測量含有表面活性劑成分的溶液時，會遇到表面活性劑分子在金屬表面的吸附問題以及由此引發的測量偏差和困難。當出現因表面活性劑分子吸附到薄板金屬表面而使原來親水的金屬表面變得逐步疏水，從而改變溶液與其之間的接觸角，使得后者明顯偏離0度時，就會影響測量得到的值（使其偏低）。甚至有些表面活性劑分子（尤其是陽離子類的）在使用的金屬表面吸附力度可以如此之大，以至根本無法使用金屬表面作為探頭，而須改用紙質薄片（如濾紙片）來勉強代替。再者大面積的薄板金屬表面也將對表面活性劑分子在表面的吸附、排列和取向造成較大的影響，從而影響測量得到的值。薄板法也同樣存在吊環法中提及的有關裝盛液體的容器尺寸以及液體在容器內壁表面的潤濕/吸附可能對測量結果造成影響的問題。
薄板法的另一缺陷是不適合用于測量液/液-界面張力。這是基于以下的事實：
液/液-二相之間形成界面表明這二相的化學屬性差異很大，所以很難找到一種材料來制作薄板法用的薄板表面，讓后者在屬性差異很大的二液體相都具有很好的潤濕性，也即在二相中的接觸角均為零。如果這一點無法實現，就必須知道接觸角的具體值，并對測量得到的力的值進行非常復雜的校正。
3. 力表面張力儀的特點和缺陷
市場上提供的力表面張力儀多數既可以采用吊環法，又可以采用薄板法進行測量，那么具體操作時到底應該選用哪一種方法更合適呢？對于這樣一個典型的日常問題，以制造高檔力表面張力儀聞名的德國KRüSS公司的技術資料（Technical Note TN308）給出了一個非常風趣但卻也是十分理性的答復：
“（吊）環是供戴在手指上的，薄板是用于測量表面張力的。”
意即在測量表面張力時，不應該采用吊環法，而應該選用薄板法。那么儀器購買時提供的吊環又有什么用途呢？同樣的技術資料給出以下的回答：
“如果你想用（吊）環做盡可能多的事，最好是在測量表面張力時把它保管（封陳）在珠寶盒里；只有當你想要測量界面張力時，再把它取出來。”
因為前面已經提及薄板法不適合用于測量界面張力：你很難找到一種材料，確保它在二個屬性差異顯著的液相都能潤濕良好（接觸角接近0）。如果你硬要通過拉伸界面來獲得一個接近0度的（后退）接觸角，那么你也得同樣采取與吊環法類似的校正因子手段對測量獲得的力進行校正。所以在這種情況下，還不如干脆直接采用吊環法，至少吊環法比薄板法要靈敏好幾倍。
但幾乎所有的液/液-體系的界面張力都顯示時間依賴性，當體系含有表面活性劑成分時，這一現象就更為顯著。而前面也已經提及：吊環法不適合測量這樣的體系，測量時體系也始終處于一非平衡狀態。所以對于這樣的一類常見體系，力表面張力測量儀（force tensiometer）其實無法提供一種滿意的測量方法。
參考文獻：
K. Lunkenheimer and K.-D. Wantke, Colloid & Polymer Sci. 259, 354-366(1981).
CR, Technical Note TN308, Force Tensiometry with Ring and Plate, KRüSS GmbH (Hamburg, Germany), 2004
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