CN110108600A - 液体表面张力及起泡性能一体化测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，包括毛细管、待测量筒、升降平台、电子显微镜和微量调速计量泵，本发明还提供了一种液体表面张力测量方法和一种液体起泡性能测量方法，利用上述液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，本发明采用电子显微镜观察毛细管，配合升降平台调节待测样品液面高度，加之通过微量调速计量泵精确控制气流速度，提高了液体表面张力测量结果精度，同时简化了液体起泡性能测量装置结构，降低了液体起泡性能测量难度，提高了测量效率。

Description

液体表面张力及起泡性能一体化测量装置及方法

技术领域

本发明涉及液体物理测量技术领域，特别是涉及一种液体表面张力及起泡性能一体化测量装置及方法。

背景技术

在相表面的切面内，垂直作用于所研究区域周界的单位长度切线上的表面紧缩力，称之为表面张力。液体的表面张力与各种表面现象密切相关，是化工产品检验、配方设计、化工流程模拟及工程计算中必要的物性参数。液体表面张力系数测定实验是各高校化学专业物理化学实验的基本内容。目前，液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法，静力学法包括最大泡压法，采用最大泡压法测定液体表面张力时，在待测液体中，插入一个毛细管，使得毛细管口刚好和液面相切，经毛细管吹入空气，当空气压力逐渐增加时，气泡逐渐增大，当其半径恰好与毛细管半径相等时，气泡内压力最大，等于液体的表面张力系数。

现有技术中，最大泡压法测定液体表面张力的仪器较多，有些仪器毛细管通过滴液漏斗活塞调节液体流量进而调节液面高度，调节不当时，液面变化太快，造成测定精度较低；有些测定仪器增加了恒温夹套，可以测量不同温度下溶液的表面张力，但是毛细管通过打孔橡皮塞固定，通过插拔毛细管的高度来调节毛细管与液面相切，不易控制，造成测量结果的误差较大，且在测量过程中，溶液总量发生变化时，需要重新调节毛细管与液面的相切，非常不便；现有技术中还有螺旋可调式测定装置，通过螺旋可调螺丝调节液面相切，但是无法准确调节气流速度，测定条件不稳定，同样降低了测定精度。

起泡能力和稳泡能力是表面活性剂性能的主要评价指标，是表征石油开采驱油剂、浮选采矿剂、气田低压低产气井排水采气剂、泡沫灭火剂及洗涤产品性能的重要理化指标。目前国内外评价表面活性剂溶液起泡性能与稳泡性能的方法较多，其原理为通过测定特定条件下的泡沫体积、起泡高度及泡沫半衰期等参数表征泡沫性能。现有技术中，测定起泡能力的装置较复杂，测量过程耗时较长，降低了测量效率。

在进行液体表面张力测量时，毛细管插入液面越深，气泡逸出时需要对抗的压力越大，所测得的表面张力值越偏大，实验误差越大；应使得毛细管尽量位于相同高度，现有技术中普遍认为，每次测量都应该控制毛细管口与液面刚好相切，且毛细管深入液面的位置相同，即每次测量时，毛细管口位于相同的“初始高度”，实验结果最准确。测量不同浓度溶液表面张力时，若每次测量时毛细管的插入深度不同，或供气系统的气流速度不可控等因素，都将导致实验的“随机误差”无法估算。

因此，如何改变现有技术中，液体表面张力测量装置测量结果误差较大、活性剂起泡能力测定装置复杂测量过程冗长的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种液体表面张力及起泡性能一体化测量装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高液体表面张力测量结构精度，降低活性剂起泡能力测定难度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，包括毛细管、待测量筒、升降平台、电子显微镜和微量调速计量泵，所述待测量筒设置于所述升降平台上，所述待测量筒内能够容纳待测溶液，所述升降平台能够带动所述待测量筒运动，所述升降平台的运动方向与所述待测量筒的轴线相平行，所述毛细管的一端伸入所述待测量筒内，所述毛细管的轴线与所述待测量筒的轴线相平行，所述毛细管的另一端与所述微量调速计量泵相连通，所述微量调速计量泵与外界空气相连通，所述毛细管与所述微量调速计量泵之间设置压差计，所述电子显微镜正对所述待测量筒和所述毛细管设置，通过所述电子显微镜能够观察所述待测量筒内液面和所述毛细管的位置。

优选地，所述液体表面张力及起泡性能一体化测量装置还包括支撑架，所述电子显微镜可滑动地设置于所述支撑架上，所述电子显微镜处还设置锁紧扣，所述锁紧扣能够固定所述电子显微镜和所述支撑架的相对位置。

优选地，所述电子显微镜通过安装夹与所述支撑架相连，所述支撑架包括支撑杆，所述安装夹可转动地套装于所述支撑杆上，所述安装夹能够沿着所述支撑杆来回滑动，所述支撑杆与所述升降平台的运动方向相平行，所述锁紧扣设置于所述安装夹上。

优选地，所述支撑架还包括支撑横杆，所述支撑横杆与所述毛细管可拆卸连接。

优选地，所述液体表面张力及起泡性能一体化测量装置还包括缓冲瓶，所述缓冲瓶为密闭容器，所述缓冲瓶设置于所述毛细管与所述微量调速计量泵之间。

优选地，所述微量调速计量泵与所述缓冲瓶的内腔底部相连通，所述毛细管与所述缓冲瓶的内腔顶部相连通。

本发明还提供一种液体表面张力测量方法，包括如下步骤：

步骤一、在待测量筒中加入适量待测样品，调节毛细管高度，使毛细管的尖端与待测样品液面靠近；

步骤二、调节电子显微镜，使放大后的毛细管的管口图像通过无线显示终端清晰显示；

步骤三、调节升降平台，使毛细管尖端与待测样品液面相切；

步骤四、将压差计置零，通过微量调速计量泵调节、控制毛细管的管口的气泡逸出速率；

步骤五、记录无线显示终端图像中气泡破裂瞬间的最大气泡在压力计上显示的压力值。

本发明还提供一种液体起泡性能测量方法，包括如下步骤：

步骤一、在待测量筒中加入适量样品，调节毛细管高度，使毛细管的尖端与待测样品液面靠近；

步骤二、调节电子显微镜，使放大后的毛细管的管口图像通过无线显示终端清晰显示；

步骤三、调节升降平台，使毛细管的尖端与待测样品液面恰好相切；

步骤四、将压差计置零，通过微量调速计量泵调节流量，对溶液鼓泡3min；

步骤五、记录泡沫的原始高度及0min、5min、10min、12min、15min、18min、20min、25min、30min的泡沫高度并作图记录。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明提供一种液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，包括毛细管、待测量筒、升降平台、电子显微镜和微量调速计量泵，待测量筒设置于升降平台上，待测量筒内能够容纳待测溶液，升降平台能够带动待测量筒运动，升降平台的运动方向与待测量筒的轴线相平行，毛细管的一端伸入待测量筒内，毛细管的轴线与待测量筒的轴线相平行，毛细管的另一端与微量调速计量泵相连通，微量调速计量泵与外界空气相连通，毛细管与微量调速计量泵之间设置压差计，电子显微镜正对待测量筒和毛细管设置，通过电子显微镜能够观察待测量筒内液面和毛细管的位置。本发明还提供了一种液体表面张力测量方法和一种液体起泡性能测量方法，利用上述液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，本发明采用电子显微镜观察毛细管，配合升降平台调节待测样品液面高度，加之通过微量调速计量泵精确控制气流速度，提高了液体表面张力测量结果精度，同时简化了液体起泡性能测量装置结构，降低了液体起泡性能测量难度，提高了测量效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中天竺葵、柠檬精油水溶液的表面张力与精油浓度的关系图；

图3为本发明具体实施例中稀释100倍的APG 2000和氨基酸起泡剂的泡沫稳定性曲线图；

图4为本发明具体实施例中稀释500倍APG2000与GCK-12K的泡沫稳定性曲线图；

其中，1为毛细管，2为待测量筒，3为升降平台，4为电子显微镜，5为微量调速计量泵，6为压差计，7为支撑架，8为缓冲瓶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种液体表面张力及起泡性能一体化测量装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高液体表面张力测量结构精度，降低活性剂起泡能力测定难度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-4，其中，图1为本发明的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置的结构示意图，图2为本发明具体实施例中天竺葵、柠檬精油水溶液的表面张力与精油浓度的关系图，图3为本发明具体实施例中稀释100倍的APG2000和氨基酸起泡剂的泡沫稳定性曲线图，图4为本发明具体实施例中稀释500倍APG2000与GCK-12K的泡沫稳定性曲线图。

本发明提供一种液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，包括毛细管1、待测量筒2、升降平台3、电子显微镜4和微量调速计量泵5，待测量筒2设置于升降平台3上，待测量筒2内能够容纳待测溶液，升降平台3能够带动待测量筒2运动，升降平台3的运动方向与待测量筒2的轴线相平行，毛细管1的一端伸入待测量筒2内，毛细管1的轴线与待测量筒2的轴线相平行，毛细管1的另一端与微量调速计量泵5相连通，微量调速计量泵5与外界空气相连通，毛细管1与微量调速计量泵5之间设置压差计6，电子显微镜4正对待测量筒2和毛细管1设置，通过电子显微镜4能够观察待测量筒2内液面和毛细管1的位置。

本发明的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置在进行测量时，采用电子显微镜4观察毛细管1，配合升降平台3调节待测样品液面高度，加之通过微量调速计量泵5精确控制气流速度，提高了液体表面张力测量结果精度，同时简化了液体起泡性能测量装置结构，降低了液体起泡性能测量难度，提高了测量效率。升降平台3能够带动待测量筒2上下运动，为避免待测量筒2在运动中晃动，影响测量结构，在升降平台3的上表面设置防滑结构层，增大升降平台3与待测量筒2之间的摩擦力，最大限度保证待测量筒2及其内部待测溶液的稳定性。

具体地，液体表面张力及起泡性能一体化测量装置还包括支撑架7，电子显微镜4可滑动地设置于支撑架7上，支撑架7为电子显微镜4提供了支撑，电子显微镜4还能够在支撑架7上来回滑动，调节支撑架7与电子显微镜4的相对位置，确保电子显微镜4能够观测到液面和毛细管1位置，电子显微镜4处还设置锁紧扣，锁紧扣能够固定电子显微镜4和支撑架7的相对位置，调整好电子显微镜4的位置后用锁紧扣锁紧电子显微镜4，防止测量过程中电子显微镜4滑动，影响测量结果。

其中，电子显微镜4通过安装夹与支撑架7相连，支撑架7包括支撑杆，安装夹可转动地套装于支撑杆上，调整安装夹即可方便地调整电子显微镜4的角度，确保电子显微镜4正对待测样品液面和毛细管1，安装夹能够沿着支撑杆来回滑动，调整电子显微镜4的高度，支撑杆与升降平台3的运动方向相平行，锁紧扣设置于安装夹上。

更具体地，支撑架7还包括支撑横杆，支撑横杆与毛细管1可拆卸连接，毛细管1通过管路与微量调速计量泵5和压差计6相连，支撑横杆能够固定、支撑毛细管1，避免测量过程中毛细管1晃动影响测量结果。

另外，液体表面张力及起泡性能一体化测量装置还包括缓冲瓶8，缓冲瓶8为密闭容器，缓冲瓶8设置于毛细管1与微量调速计量泵5之间，缓冲瓶8能够对微量调速计量泵5引入的气流进行缓冲，进一步使气流流速稳定均匀，避免气流流动不均匀对待测样品冲击太大影响测量结果。

进一步地，微量调速计量泵5与缓冲瓶8的内腔底部相连通，毛细管1与缓冲瓶8的内腔顶部相连通，使缓冲瓶8能够对气流进行充分缓冲，避免气流只是流经缓冲瓶8而没有得到缓冲，确保缓冲瓶8发挥作用。

更进一步地，本发明还提供一种液体表面张力测量方法，包括如下步骤：

步骤一、在待测量筒2中加入适量待测样品，调节毛细管1高度，使毛细管1的尖端与待测样品液面靠近；

步骤二、调节电子显微镜4，使放大后的毛细管1的管口图像通过无线显示终端清晰显示；

步骤三、调节升降平台3，使毛细管1尖端与待测样品液面相切；

步骤四、将压差计6置零，通过微量调速计量泵5调节、控制毛细管1的管口的气泡逸出速率；

步骤五、记录无线显示终端图像中气泡破裂瞬间的最大气泡在压力计上显示的压力值。

除此之外，本发明还提供一种液体起泡性能测量方法，包括如下步骤：

步骤一、在待测量筒2中加入适量样品，调节毛细管1高度，使毛细管1的尖端与待测样品液面靠近；

步骤二、调节电子显微镜4，使放大后的毛细管1的管口图像通过无线显示终端清晰显示；

步骤三、调节升降平台3，使毛细管1的尖端与待测样品液面恰好相切；

步骤四、将压差计6置零，通过微量调速计量泵5调节流量，对溶液鼓泡3min；

步骤五、记录泡沫的原始高度及0min、5min、10min、12min、15min、18min、20min、25min、30min的泡沫高度并作图记录。

下面通过具体的待测样品详细说明液体表面张力的测量方法，旨在测定并比较几种不同浓度精油水溶液的表面张力，同时比较不同精油在相同浓度下表面张力的相对大小，包括如下步骤：

步骤一、取柠檬精油1mL，稀释10倍后备用；

步骤二、取50mL去离子水，利用上述装置测定其表面张力；

步骤三、用微量进样器取步骤一中稀释的柠檬精油，加入步骤二中去离子水中并测定表面张力，每次50μL；

步骤四、同样的方法测定天竺葵精油水溶液的表面张力；

步骤五、记录测定数据并绘制表面张力-精油浓度的关系图，详见图2，由图2可以看出，滴加精油之后，水溶液的表面张力明显降低，随着精油浓度的增加，水溶液的表面张力继续降低，当浓度到达2％左右，表面张力基本不变，两种精油水溶液的表面张力与浓度的关系图基本重合，说明这两种精油对水的表面张力的降低效果近似。

下面通过具体的待测样品详细说明液体起泡性能的测量方法，利用“鼓泡法”测定洗涤剂的起泡高度及泡沫稳定性，并利用起泡高度及泡沫稳定性比较不同配方洗涤剂的泡沫性能，方法如下：在10mL待测量筒2中加入2ml待测样品，调节毛细管1高度，使其尖端与液面靠近；调节电子显微镜4，使放大后的毛细管1管口图像通过无线显示终端清晰显示；调节升降平台3，使毛细管1尖端与液面恰好相切；将压差计6置零，通过微量调速计量泵5调节流量，对溶液鼓泡3min；记录泡沫的原始高度及0min、5min、10min、12min、15min、18min、20min、25min、30min的泡沫高度，同法测定不同配方的另一样品，记录实验结果并作图。

图3中的曲线分别是相同测量条件下，稀释100倍的APG 2000、氨基酸起泡剂的泡沫稳定性曲线，由图3中可以看出，氨基酸起泡剂的泡沫初始高度较高，但消泡更快，说明氨基酸起泡剂的起泡性能较好，但APG 2000起泡剂的泡沫稳定性更高。图4为稀释500倍的APG2000、氨基酸起泡剂的泡沫稳定性曲线，测量结果与稀释100倍条件下的相一致，氨基酸起泡剂的起泡性能较好，但APG 2000起泡剂的泡沫稳定性更高，与图3相比较，稀释倍数对GCK-12K的泡沫稳定性影响更大，对APG 2000几乎无影响，稀释500倍时，初始10min时GCK-12K的消泡明显，10min-25min，基本稳定。利用该方法比较并测定表面活性剂的气泡性能及泡沫稳定性是简便可行的，并可用于测定复配洗涤剂的性能。

本发明的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，既可用于液体表面张力的测定，又可用于表面活性剂起泡性能的测定，可实现洗涤剂配方设计及生产中表面张力参数的在线连续测定，提高工作效率。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，其特征在于：包括毛细管、待测量筒、升降平台、电子显微镜和微量调速计量泵，所述待测量筒设置于所述升降平台上，所述待测量筒内能够容纳待测溶液，所述升降平台能够带动所述待测量筒运动，所述升降平台的运动方向与所述待测量筒的轴线相平行，所述毛细管的一端伸入所述待测量筒内，所述毛细管的轴线与所述待测量筒的轴线相平行，所述毛细管的另一端与所述微量调速计量泵相连通，所述微量调速计量泵与外界空气相连通，所述毛细管与所述微量调速计量泵之间设置压差计，所述电子显微镜正对所述待测量筒和所述毛细管设置，通过所述电子显微镜能够观察所述待测量筒内液面和所述毛细管的位置。

2.根据权利要求1所述的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，其特征在于：还包括支撑架，所述电子显微镜可滑动地设置于所述支撑架上，所述电子显微镜处还设置锁紧扣，所述锁紧扣能够固定所述电子显微镜和所述支撑架的相对位置。

3.根据权利要求2所述的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，其特征在于：所述电子显微镜通过安装夹与所述支撑架相连，所述支撑架包括支撑杆，所述安装夹可转动地套装于所述支撑杆上，所述安装夹能够沿着所述支撑杆来回滑动，所述支撑杆与所述升降平台的运动方向相平行，所述锁紧扣设置于所述安装夹上。

4.根据权利要求3所述的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，其特征在于：所述支撑架还包括支撑横杆，所述支撑横杆与所述毛细管可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，其特征在于：还包括缓冲瓶，所述缓冲瓶为密闭容器，所述缓冲瓶设置于所述毛细管与所述微量调速计量泵之间。

6.根据权利要求5所述的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，其特征在于：所述微量调速计量泵与所述缓冲瓶的内腔底部相连通，所述毛细管与所述缓冲瓶的内腔顶部相连通。

7.一种液体表面张力测量方法，利用权利要求1-6任一项所述的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在待测量筒中加入适量待测样品，调节毛细管高度，使毛细管的尖端与待测样品液面靠近；

步骤二、调节电子显微镜，使放大后的毛细管的管口图像通过无线显示终端清晰显示；

步骤三、调节升降平台，使毛细管尖端与待测样品液面相切；

步骤四、将压差计置零，通过微量调速计量泵调节、控制毛细管的管口的气泡逸出速率；

步骤五、记录无线显示终端图像中气泡破裂瞬间的最大气泡在压力计上显示的压力值。

8.一种液体起泡性能测量方法，利用权利要求1-6任一项所述的液体表面张力及起泡性能一体化测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在待测量筒中加入适量样品，调节毛细管高度，使毛细管的尖端与待测样品液面靠近；

步骤二、调节电子显微镜，使放大后的毛细管的管口图像通过无线显示终端清晰显示；

步骤三、调节升降平台，使毛细管的尖端与待测样品液面恰好相切；

步骤四、将压差计置零，通过微量调速计量泵调节流量，对溶液鼓泡3min；

步骤五、记录泡沫的原始高度及0min、5min、10min、12min、15min、18min、20min、25min、30min的泡沫高度并作图记录。