实验六　旋转液滴法测定油-水界面张力

一、实验目的

1.理解旋转滴测量液-液界面张力的原理。

2.学习用旋转滴界面张力仪测量油-水界面张力。

二、实验原理

可以用旋转滴界面张力仪测量液-液之间的界面张力（IFT）。旋转滴界面张力仪主要由摄像头、光源、测量窗口和毛细管（样品管）组成（见图1），样品管在马达的带动下可以在不同的速度下旋转。SVT20旋转滴界面张力仪的主要技术参数：转速0～20000r·min-1；温度-10～130℃；界面张力1.0×10-6～2.0×103mN·m-1。Phase 1 density（高密度相密度），Phase 2 density（低密度相密度），Phase 1 refractive（高密度相折射率），Vertical Scale（放大倍数）。

样品管中装满高密度相，然后再在高密度相中注入一滴低密度相（液滴），样品管在马达的带动下转动，在离心力的作用下液滴在样品管的中心轴线上，并且可能被拉伸变形（见图2）。

旋转滴界面张力是基于Young-Laplace方程获得液-液界面张力：

式中，R1、R2分别为曲面在正交方向上的两个曲率半径；Δρ为两液相密度差；ω为转速；R（x）为液滴被拉伸后垂直方向的最大半径。在液滴的变化过程中，软件的控制系统会一直追踪液滴的形状并拟合出其轮廓，同时，软件会自动算出界面张力值。

三、实验仪器和试剂

STV20旋转滴界面张力仪；正庚烷，无水乙醇，二次蒸馏水（电导率7.8×10-7S·cm-1，美国Millipore Synergy UV二次蒸馏水系统）。

四、实验步骤[1]

1.装置的洗涤

首先用无水乙醇对样品管洗涤10次，然后再用二次蒸馏水洗涤10次，最后用待测溶液润洗3次；注射油的微量进样器先用无水乙醇洗涤50次，再用实验中的样品油润洗10次。

2.装样

先向样品管注射高密度相（二次蒸馏水），然后用微量进样器注入体积约为0.5μL的正庚烷，然后盖上样品盖。特别注意：全程不能出现气泡，装样过程中产生气泡则要重新装样。随后将样品管放入测量室内。

3.测量

（1）放样品：旋钮打到“Open”状态，顺时针拧掉右边旋盖，水平放入样品管后，旋钮打到“Close”状态，装上右边旋盖。

（2）打开软件，进行参数设置。将“Mode”设为“Manual fit”，将“Drop Type”设为“Full”，将“T”设置为25℃，“Phase 1 density”为待测量样品（水）的密度，“Phase 2 density”为油相密度，“Phase 1 refractive”为待测量样品（水）的折射率，“Vertical Scale”为120.57858，之后点击“Apply”。

（3）开始测量，首先调节“Illumination”大小至视野清晰，随后选中“Device Control”对话框，调节“Rotation Speed”至5000r·min-1（每次升高200～300r·min-1），期间不断调节“Camera Position”以及样品台坡度“Tilt”至液滴处在样品管中央且不再发生左右移动，如图3所示；随后点击工具栏相机按钮进行拍照，接着选择“Mode”中的“Manual Fit”与“Drop Type”中的“Full”，将读数框拖到屏幕液滴上，使四边与液滴边界相切，屏幕左上角自动显示待测样品的油水界面张力值（图4），每个样品平行测量5次。

五、数据记录与处理

室温：______；大气压：______；实验温度：______

六、思考题

1.若是将低密度相换成气相，该技术能否测定表面张力？

2.若是需要研究温度对液-液界面张力的影响，将如何设计实验方案？

3.若是待测液-液体系彼此间存在有限溶解度的互相溶解现象，如何获得准确的平衡液-液界面张力？

七、参考文献

［1］江南大学.溶液表面化学实验（江南大学讲义）.