实验四　滴外形法测定纯水的表面张力

一、实验目的

1.熟练运用纯液体表面张力的测定方法。

2.学习滴外形法测定液体表面张力的OCA仪器操作方法。

二、实验原理

悬滴法测定表面张力的基本原理是：当液滴被静止悬挂在注射器管口时，受到重力和表面张力的双重作用，该双重作用的平衡结果决定了液滴的外形。因此，液体的表面张力可以通过测定液滴外形推算出（图1）。早在1882年，Bashforth和Adams首先提出悬滴轮廓方程，但受限于技术条件，该方程的使用极其不方便；1938年，Andreas等人[1]引入经验校正因子并逐步建立选择平面法，具体为公式（1）：

式中，D为液滴的赤道直径，即最宽处直径；d为距离液滴的底部D处平面直径；Δρ为液滴相与环境相密度差；H与液滴形状因子（S）有关，可以认为是修正之后的形状因子；γ为表面张力，mN·m-1。

使用OCA型接触角测量仪配备的表面张力测试软件，获得液滴数码照片后，系统自动计算出此时液体的表面张力。

三、实验仪器和试剂

OCA40光学接触角测量仪（Data Physics Instruments GmbH）和纯水。

四、实验步骤

1.准备工作

注射器在待测液内反复快速抽取，确保在注射器内盛满液体，无任何气泡；选择测定表面张力的电动注射单元。滴液附件安装时参照支架台上参数放置在合适位置，适当调整使聚焦获得客体（如针尖）最清晰图像；选择合适的注射针：一般地，悬滴法（pendant drop）测表面张力，选择标准针SNP165/119，其外径1.65mm，内径1.19mm。切记！测定前注射针均应认真清洗干净并以测试液充分清洗。否则无法得到可信结果。

2.开机

先打开温控单元开关，再打开主机开关，再点击电脑屏幕上SCA20操作软件快捷键，软件开始自检，随后将进入Live Video界面。在Live Video界面，点击“file”下拉菜单，在new window项下点开result collection window后，点击system和M-Info可进行相关参数的设置，如液体的种类、液体密度、温度等。页面左侧为测量过程中溶液的表面张力数据。点击“window”下拉菜单，点开device control bar，页面右方出现控制窗口，点开各控制窗口即得相应的小控制窗口。

3.影像显示

（1）在Live Video界面，点击激活手动模式（manual mode）（及转轮+手形），此时画面背景颜色由蓝转红。

（2）安装注射器，次序如下：先使用下移键，下移注射平台；再将注射器推入竖槽，并轻轻地旋紧右侧按钮；然后，使用上移键，上移注射平台，使其与注射器活塞相接触；最后，锁紧活塞夹。注意：注射器安装完毕，再次点击手动模式键，恢复至电动模式。

（3）图像聚焦。手动旋转支架台旋钮，使注射针口进入视野。先调整“Illumination”使亮度适宜（即针口图像显示）。调整“Optics”，对图像聚焦。

4.测量

测定表面张力时，选择悬滴法（pendant drop），并依据图像显示液滴方向，一般习惯性选择[Pendant drop left]，液滴图像上出现3条线，将距离液滴最近的一条线放在针口处，另两条基线放在注射针上，如图2所示。

调整“Dipense units”，选择ES6，并勾选“continuous dosing”功能。测定表面张力时，分液体积一般10～15μL。液滴的滴速选择“very slow”，点击dispense键，挤出液滴。然后依次点击、、和按键，此时页面会显示表面张力数据，读取液滴足够大，但并未掉落时的表面张力值（图3）。

5.关闭主机电源，关闭计算机。

五、数据记录与处理

室温：______；大气压：______；实验温度：______

六、思考题

1.查阅文献，进一步理解滴外形法测定液体表面张力的原理。

2.本实验过程中影响测定结果准确性的因素有哪些？

3.如何利用该方法测定液-液界面张力？

七、参考文献

［1］Andreas J M，Hauser E A，Tucker W B.Boundary tension by pendant drops.J Phys Chem，1938，42:1001-1019.