Метод пленочного пузыря - Википедия - Captive bubble method

В метод невольного пузыря это метод измерения угол контакта между жидкостью и твердым телом с помощью анализа формы капли.^[1] В этом методе пузырь из воздуха вводится под твердое тело, поверхность которого расположена в жидкость, вместо размещения уронить на твердый как и в случае с сидячая капля.

Метод особенно подходит для твердых веществ с высоким поверхностная свободная энергия по которым разливаются жидкости. Гидрогели, например, мягкий контактные линзы например, также недоступны для стандартного расположения; В таких случаях также используется метод «пленочного пузыря».^[2] В метод невольного пузыря это научный метод измерения краевого угла между твердой поверхностью и жидкостью в жидкости. Краевой угол образуется на гладкой периодически неоднородной твердой поверхности. Над твердой поверхностью капля жидкости погружена в жидкость. Измерение краевых углов обычно способствует измерению поверхностной энергии твердых тел в промышленности. В отличие от других методов измерения угла смачивания, таких как метод сидячей капли в системе, используемой в методе удерживаемых пузырьков, пузырек жидкости прикреплен снизу к твердой поверхности, при этом как пузырь жидкости, так и твердое тело взаимодействуют с жидкостью.

Применение и его значение

Поверхностная энергия твердых тел ^[3]

Поскольку система образована из твердой поверхности и капли жидкости, минимумы и максимумы энергии создаются за счет свободная энергия системы. Когда твердая поверхность является шероховатой или однородной, система, состоящая из твердого тела, жидкости и текучей среды, может иметь несколько минимумов, создаваемых свободной энергией в разных точках минимумов. Один из этих минимумов называется глобальным минимумом. Глобальный минимум имеет самую низкую свободную энергию в системе и определяется как состояние устойчивого равновесия. Кроме того, другие минимумы иллюстрируют метастабильный равновесные состояния системы. Между этими минимумами находятся энергетические барьеры, которые препятствуют движению энергии между различными метастабильными состояниями в системе. На переход энергии между метастабильными состояниями также влияет доступность внешней энергии системы, которая также связана с объемом жидкой капли на поверхности твердого тела. Точно так же объем жидкости потенциально может влиять на расположение точек минимумов, что может влиять на углы контакта, создаваемые твердым телом и жидкостью. Кроме того, краевые углы напрямую связаны с тем, идеальна ли твердая поверхность, другими словами, является ли она гладкой неоднородной поверхностью.

В методе удерживаемого пузырька пузырь, указывающий на каплю жидкости, образует угол с твердой поверхностью, который называется краевым углом. Стабильность жидкой фазы на твердом теле измеряется собственным краевым углом смачивания. Теоретически краевой угол равен значению местного внутреннего краевого угла с учетом пренебрежимо малого влияния линейного натяжения.

Анализ поверхности Мембрана обратного осмоса ^[4]

Измерение углов смачивания методом Captive Bubble также может быть полезно при анализе поверхности мембраны обратного осмоса для изучения характеристик мембраны. Анализируя угол смачивания, можно определить такие свойства мембран, как шероховатость. Шероховатость мембран, которая указывает на эффективную площадь поверхности, может в дальнейшем привести к исследованию в гидрофильный и гидрофобный свойства поверхности. Согласно исследованиям, более высокий угол смачивания может соответствовать более гидрофобной поверхности в мембранном анализе. При использовании метода неявных пузырьков при анализе мембран несколько факторов могут влиять на угол смачивания, включая объем пузырька, типы жидкости и натяжение.

В аппарате метода удерживаемых пузырьков при анализе мембран образец мембраны прикрепляют к куску стекла, в то время как J-образная игла вводится снизу стекла в жидкость для выпуска пузырьков воздуха. В этом случае угол контакта между воздушным пузырем и поверхностью стекла регистрируется как функция времени, чтобы исследовать влияние времени измерения.

Поверхностное натяжение активного материала на поверхности легких ^[5]

По сравнению с использованием метода невыпадающих пузырьков при измерении углов смачивания в других случаях, угол смачивания при исследовании легочное сурфактант монослой поддерживается на постоянном уровне, который составляет 180 градусов, благодаря свойству гидратированного агарового геля потолка пузыря. Система, применяемая при исследовании легочного сурфактанта, разработана как герметичная система, обеспечивающая независимость поверхностной пленки пузырьков от других материалов и веществ, таких как пластиковые стенки, барьеры и выходы. Вместо добавления дополнительных трубок или прокалывания границы раздела пузырьков воздух-вода иглами, эта замкнутая система создается путем регулирования давления внутри закрытой камеры для образца путем добавления или удаления водной среды для регулирования размера пузырьков и поверхностного натяжения нерастворимых пленок на пузырьке. поверхность.

Поскольку объемы пузырьков регулируются путем изменения давления в камере для образца, площадь поверхности и поверхностное натяжение пленки поверхностно-активного вещества на поверхности пузырька уменьшаются по мере уменьшения объема пузырька.

Форма пузырьков в этом случае может варьироваться от сферической до овальной в зависимости от поверхностного натяжения, которое можно рассчитать путем измерения высоты и диаметра пузырьков. Помимо измерения поверхностного натяжения, образование пузырьков также можно использовать при измерении адсорбция легочного сурфактанта, который определяет, насколько быстро вещества накапливаются на границе раздела воздух-жидкость легочных сурфактантов с образованием пленки.

Есть два метода измерения адсорбции с удерживаемыми пузырьками:

1. Один из методов формирования пузырьков для измерения адсорбции состоит в том, чтобы начать с небольшого пузырька диаметром 2-3 мм в камере диаметром 10 мм, а затем расширить или сжать его позже. Сначала пузырек вводят в камеру с помощью небольшой пластиковой трубки, прикрепленной к микрошприцу на 50 мкл. Затем он расширяется за счет внезапного снижения давления внутри удерживаемого пузырька или увеличения объема камеры за счет перемещения поршня на конце стеклянного цилиндра. Чтобы рассчитать точную скорость адсорбции, необходимо принять во внимание начальное количество поверхностно-активного вещества на поверхности пузырька перед изменением объема.
2. Другой метод измерения адсорбции состоит в том, чтобы запустить пузырек фиксированного объема вместо заданного размера или диаметра, используя иглу на нижнем входе пузырьковой камеры. Начальный фиксированный объем обычно составляет 200 мл, что составляет около 7 мм в диаметре. Так же, как и условие для первого метода, накопление материала на поверхности пузыря во время образования пузыря должно быть рассчитано, чтобы оценить точную скорость адсорбции.

Сравнения между Метод Sessile Drop и метод удерживаемого пузыря

Метод покоящейся капли также является одним из популярных способов измерения углов смачивания путем помещения двумерной капли на твердую поверхность и контроля объема жидкости в капле. Метод сидящей капли и метод удерживаемого пузырька обычно взаимозаменяемы при проведении экспериментов, поскольку у них есть общее свойство симметрии. В частности, ось симметрии При использовании этих двух методов линия контакта капли жидкости с твердой поверхностью является круговой, что, таким образом, создает наблюдаемый угол контакта, соответствующий каждому радиусу контакта капли и пузырька.

Однако, взаимодействуя с шероховатой однородной поверхностью при измерении углов смачивания, каждый из двух методов демонстрирует различное поведение в процессе измерения, которое связано с объемом жидкости и углами смачивания.

1. На шероховатой однородной поверхности наблюдаемый угол смачивания может не отражать фактический угол смачивания с местным уклоном, поскольку он может не наблюдаться на шероховатой поверхности. Наблюдаемый угол контакта на шероховатой поверхности также называется кажущимся углом, который эквивалентен сумме внутреннего угла контакта и местного наклона поверхности по касательной к наклону контакта для капли или пузырька. При использовании метода лежащей капли наблюдаемый угол смачивания обычно занижает собственный угол смачивания, в то время как наблюдаемый угол смачивания в методе удерживаемого пузыря переоценивает собственный угол смачивания шероховатой поверхности.^[6]
2. Если построить график соответственно для измерений углов смачивания с использованием метода лежащей капли и метода удерживаемого пузырька относительно объема жидкости внутри капли или пузырька и измеренного угла смачивания, геометрические соотношения иллюстрируют различные характеристики для каждого метода. Принимая во внимание взаимосвязь между углами смачивания и положением контакта для определенного объема в капле или пузырьке, наибольший и наименьший возможные углы смачивания по объему зависят друг от друга по-разному в этих двух методах.
3. Для амплитуда колебаний как показано на графике, и капля, и скрытый пузырек имеют одинаковые порядок величины при относительно небольшом крае смачивания. С другой стороны, на шероховатой поверхности с относительно большим углом смачивания амплитуда, показанная для капли, больше, чем у удерживаемого пузырька. Амплитуда колебаний минимально возможного максимального краевого угла смачивания демонстрирует разницу для метода капли и метода удерживаемого пузырька, в котором амплитуда графика метода удерживаемого пузырька сравнительно больше, чем амплитуда графика метода неподвижной капли.
4. Что касается длины волны на графике, длина волны для обоих методов охватывает большой диапазон объема жидкости на твердой поверхности. Различия в поведении капли и пузырька варьируются от минимально возможных углов смачивания до максимально возможных.^[7]

Рекомендации

Этот химия -связанная статья является заглушка. Вы можете помочь Википедии расширяя это.