一种基于称重原理的三明治效应表面张力测试装置及方法与流程

本发明涉及一种基于称重原理的三明治效应表面张力测试装置及方法，属于界面化学分析测试技术领域。

背景技术：

表面张力是表征材料物理化学性质的重要指标之一。表面张力的大小不同，对于粘附、吸附、起泡等现象起到了关键作用。从测试原理来看，现有表面张力测量方法主要分为称重原理（包括铂金板法（wilhelmyplatemethod）、铂金环法（dunouyringmethod））、影像分析法原理（包括悬滴法或停滴法、旋转滴法）、最大气泡法（maxbubblepressure）以及滴体积法等等。

上海梭伦专利《利用表面张力检测牛奶sds的装置》（专利号201621251068.8）和《利用表面张力三明治效应检测牛奶sds的方法和装置》（专利号：201611028923.3）首次提出了表面张力三明治效应现象并且提出了一个针对牛奶品质检测用的表面张力三明治效应的基于影像分析方法的检测方法。本公司于2018年，在《一种超高温熔体界面流变及三明治效应表面张力测试装置》（专利号：201811228394.0）中提出了一种超高温熔体的三明治效应表面张力的测量方法。但如上方法均是基于影像分析原理的测量，测量精度并不能达到高精度的要求。

基于上海梭伦提出的表面张力三明治效应，即表面活性剂、悬浮液、复配的液体均存在明显的上层、下层表面张力不一致现象。而，目前的测试方法均只能实现单层表面张力的测量，如称重原理的铂金板或铂金环法只能测量上层表面张力，影像法的悬滴法只能测量下层表面张力，停滴法只能测到上层表面张力，最大气泡法、旋转滴法只能测试到上层的表面张力，滴体积法只能测试到下层的表面张力。因而，对于称重原理的表面张力三明治效应的测量是实现高精度、先进测试的迫切需求。

上海梭伦在《白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器》（专利号201020159905.0）提出了一种高精度的铂金板法原理的测试结构，采用精密光学平移台作为升降机构。在专利《一种基于分析天平的界面张力和接触角测试装置》（专利号：201420747778.4）及专利《一种基于分析天平的界面张力和接触角测试装置和方法》（专利号：201410722554.2）中提出了一种c形支架结构的新型表面张力测试装置以及一种基于阿莎算法的表面张力测试算法，可以实现表面张力动态分析。但是，基于阿莎算法的表面张力测试算法中，用于三明治效应评估时无法动态修正浮力影响，进而也无法满足表面张力三明治效应测量的高精度要求。

商业化的称重原理的表面张力仪中，铂金环法需要将铂金环浸入后拉升至最大液膜拉升高度脱离后方可测量表面张力值；铂金板法需要将铂金板浸入一定深度后，再拉至最大高度并脱离或拉回至浸入深度的高度值后测量设置数量的数据后，自动离开液面；因而，如上的测量均是静态测量技术（某个测点），无法实现动态的表面张力测量。

目前的测试表面张力所用样品池为简单的杯形样品，无法形成有效的分层效果，因而也就无法实现三明治效应表面张力的测量的目的。

为此，迫切需要一种采用高精度、高速分析天平，测试表面张力三明治效应的测试装置和测试方法。通过这样的高精密的三明治表面张力分析装置，满足石油石化、新材料、涂料、墨水、化妆品等行业的研发的需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种可以测量表面张力三明治效应的测试装置，解决目前影像分析法表面张力三明治效应测试装置中的测量精度不高的问题；提供一种解决动态浮力修正的测试方法，提供阿莎算法测量表面张力的精度问题，从而实现可以测试表面张力三明治效应的目的，解决目前石油石化、新材料、涂料、墨水、化妆品等行业的研发的测试需求。

本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

一种基于称重原理的三明治效应表面张力测试装置，包括测试样品池、测试探针、分层样品池、三通、进液泵和储液池，所述分层样品池设置在所述测试样品池中部将测试样品池分成上容纳区和下容纳区，分层样品池上具有将测试样品池内上、下容纳区相连通的分流管，所述三通通过上层进液管与测试样品池的上容纳区连通、通过下层进液管与下容纳区，所述上层进液管上设置有上层进液阀，所述下层进液管上设置有下层进液阀，三通还通过管道与所述储液池相连通，两者连通的管道上设置有进液泵，测试样品池的上容纳区具有上表面活性剂层，下容纳区内具有中间表面活性剂层和下表面活性剂层，所述测试探针位于测试样品池内与上表面活性剂层上表面相接触且保持位置不变。

作为优选实例，所述测试样品池内设置有台阶，所述分层样品池设置于所述台阶上。

作为优选实例，所述分液管远离所述上层进液管、所述下层进液管。

此外，还提供了一种基于称重原理的三明治效应表面张力测试方法，采用本申请中记载的测试装置，通过测量上表面活性剂层在从上层进液管、下层进液管加入表面活性剂后表面张力的动态变化，得到三明治效应值。

具体的，在测试时，先将溶剂（蒸馏水）装入测试样品池中，先测试溶剂的表面张力，保持测试探针位置不动并利用软件持续记录测量结果及其变化曲线，保持上层进液阀关闭，打开下层进液阀门，启动进液泵，使表面活性剂（溶质）通过下层进液管滴入到溶剂中，通过软件自动修正由于表面活性剂（溶质）滴入导致液面升高引起的浮力变化，得到最终修正后的表面张力值，观察此时的表面张力变化。

通过再次测试溶剂的表面张力值，保持测试探针位置不动并用软件持续记录测量结果及其变化曲线，关闭下层进液阀，打开上层进液阀，启动进液泵，使表面活性剂通过上层进液管滴入到溶剂中，通过软件自动修正由于表面活性剂滴入导致液面升高引起的浮力变化，得到最终修正后的表面张力值，观察此时的表面张力变化。

比较表面活性剂溶液的上层表面张力和下层表面张力的变化结果，即可评估得到表面张力的三明治效应及其动态吸附时间。

作为优选实例，通过测量上表面活性剂层在从上层进液管、下层进液管加入表面活性剂后表面张力的动态变化，评估表面张力动态变化及其结果的变化，评估表面张力三明治效应及其动态吸附情况，测试过程中通过自动修正浮力值得到更为精确的表面张力值。

作为优选实例，测试过程中，测试探针的位置保持不变。

本发明的有益效果是:通过测量表面活性剂的表面张力以及采用了三明治效应样品皿后从上层进液管、下层进液管将表面活性剂（溶质）滴入蒸馏水（溶剂）内表面张力的动态变化结果后；或通过测量上表面活性剂层在从上层进液管、下层进液管加入表面活性剂后表面张力的动态变化，评估表面张力动态变化及其结果的变化，评估表面张力三明治效应及其动态吸附情况，从而实现了表面张力三明治效应的测量目的，测试过程中通过自动修正浮力值得到更为精确的表面张力值，可以同时测得分层的表面张力值及其动态吸附时间，可以为石油石化、新材料、涂料、墨水、化妆品等行业提供可靠的材料分析工具，测值精度高，操作方便，具有非常高的推广价值。

附图说明

图1为本发明的测试装置的结构示意图；

图2为分层样品池的俯视图。

图中：测试样品池1，测试探针2，上表面活性剂层3，上层进液管4，上层进液阀5，分层样品池6，中间表面活性剂层7，下表面活性剂层8，下层进液管9，下层进液阀10，三通11，表面活性剂12，储液池13，分流管14。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1、图2所示，一种基于称重原理的三明治效应表面张力测试装置，包括测试样品池1、测试探针2、分层样品池6、三通11、进液泵和储液池13，所述分层样品池6设置在所述测试样品池1中部将测试样品池1分成上容纳区和下容纳区，分层样品池6上具有将测试样品池1内上、下容纳区相连通的分流管14，所述三通11通过上层进液管4与测试样品池1的上容纳区连通、通过下层进液管9与下容纳区，所述上层进液管4上设置有上层进液阀5，所述下层进液管9上设置有下层进液阀10，三通11还通过管道与所述储液池13相连通，两者连通的管道上设置有进液泵，测试样品池1的上容纳区具有上表面活性剂层3（测试样品），下容纳区内具有中间表面活性剂层7和下表面活性剂层8，所述测试探针2位于测试样品池1内与上表面活性剂层3上表面相接触且保持位置不变，储液池13内存放有表面活性剂12。

进一步的，所述测试样品池1内设置有台阶，所述分层样品池6设置于所述台阶上。

进一步的，所述分液管远离所述上层进液管4、所述下层进液管9。

此外，还提供了一种基于称重原理的三明治效应表面张力测试方法，采用本申请中记载的测试装置，通过测量上表面活性剂层3在从上层进液管4、下层进液管9加入表面活性剂后表面张力的动态变化，得到三明治效应值。

具体的，在测试时，先将溶剂（蒸馏水）装入测试样品池1中，先测试溶剂的表面张力，保持测试探针2位置不动并利用软件持续记录测量结果及其变化曲线，保持上层进液阀5关闭，打开下层进液阀10门，启动进液泵，使表面活性剂（溶质）通过下层进液管9滴入到溶剂中，通过软件自动修正由于表面活性剂（溶质）滴入导致液面升高引起的浮力变化，得到最终修正后的表面张力值，观察此时的表面张力变化。

通过再次测试溶剂的表面张力值，保持测试探针2位置不动并用软件持续记录测量结果及其变化曲线，关闭下层进液阀10，打开上层进液阀5，启动进液泵，使表面活性剂通过上层进液管4滴入到溶剂中，通过软件自动修正由于表面活性剂滴入导致液面升高引起的浮力变化，得到最终修正后的表面张力值，观察此时的表面张力变化。

比较表面活性剂溶液的上层表面张力和下层表面张力的变化结果，即可评估得到表面张力的三明治效应及其动态吸附时间。

进一步的，通过测量上表面活性剂层3在从上层进液管4、下层进液管9加入表面活性剂后表面张力的动态变化，评估表面张力动态变化及其结果的变化，评估表面张力三明治效应及其动态吸附情况，测试过程中通过自动修正浮力值得到更为精确的表面张力值。

进一步的，测试过程中，测试探针2的位置保持不变。

通过测量表面活性剂的表面张力以及采用了三明治效应样品皿后从上层进液管4、下层进液管9将表面活性剂（溶质）滴入蒸馏水（溶剂）内表面张力的动态变化结果后；或通过测量上表面活性剂层3在从上层进液管4、下层进液管9加入表面活性剂后表面张力的动态变化，评估表面张力动态变化及其结果的变化，评估表面张力三明治效应及其动态吸附情况，从而实现了表面张力三明治效应的测量目的，测试过程中通过自动修正浮力值得到更为精确的表面张力值，可以同时测得分层的表面张力值及其动态吸附时间，可以为石油石化、新材料、涂料、墨水、化妆品等行业提供可靠的材料分析工具，测值精度高，操作方便，具有非常高的推广价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。