泡压法测表面张力

　　液体表面的形态及大小与液体分子的体积(重量)、分子间的吸引力(凝聚力)及边界环境(附着力)有关.就液体内部的分子而言,因分子间受到周遭四面八方相同的吸引力,故相互抵消,然而在液体表面最上层的分子,因受到邻近侧面不平衡力的影响,结果造成分子表面向液体内部方向的作用力,此垂直液面方向的力即为表面张力.

　　测量液体表面张力时,必须区分静态及动态表面张力测量方法,静态方法为测量过程中,边界表面在测量过程中维持不变,而动态方法则不断产生新的表面或边界表面,如此表面活性物质在测量过程中扩散,此时表面张力值视表面活性物质随时间的扩散能力而定,此表面张力取决于化学结构及其在液体的浓度而定. 因此许多清洁及润湿过程的状况及结果,完全受到动态表面活性物质的影响,所以能测量及纪录表面张力随时间的变化情形,实在非常重要. 控制毛细管产生气泡的最大压力为长久以来最可行的动态测量方法,因此方法较省时及不须复杂技术,即可自动测量在各种气泡生成时间下的气-液界面的表面张力. 当使用最大气泡压力法测量表面张力时,毛细管没入液面,使气流通过毛细管,增加管内空气压力,毛细管下端会产生气泡,此气泡球体的半径不断减小,直到气泡半径与毛细管半径相同时,气泡开始脱离毛细管末端,此时气泡压力呈最大值,依据Laplace-relation 公式,此最大最小压力差与表面张力有关,因此藉由测量气泡的压力差可计算出此时的表面张力.

　　静态水压与毛细管没入液面深度及液体密度有关,此参数可藉由相对测量压力差而互相消去,因此表面张力的测量不受毛细管没入液面深浅的影响.

　　气泡实际寿命称为气泡生成时间,定义为从毛细管开始产生气泡(最小气泡压力时)至气泡球体半径与毛细管半径相等时的时间(最大气泡压力时),此后气泡球面急速扩大,使得气泡球体半径增加,因此气泡压力即逐步降低.

　　我们不需详细知道毛细管的半径,因为此在线测量仪器,可随时以纯水进行校正,此时毛细管半径(或仪器的校正参数)可自动由压力大小及纯水表面张力数据得出.

　　此仪器的在线测量模式,可设定固定的气泡产生频率,以测量张力值的变化,如此待测液体随时间的表面张力特性变化,可被纪录及在线监控长达至数天时间.

　　注:镀浴中加润湿剂(wetting agent)作为防止针孔剂(anti-pitting agents)时，表面张力测定可作为控制湿润剂的参考,其它如清洁液中的接口活性剂(surfactants)也可以用表面张力测定来加以控制.