Determinazione accurata dei valori di tensione della superficie di equilibrio con i test di perturbazione dell'area

La determinazione della tensione superficiale di equilibrio (EST), o della tensione interfacciale di equilibrio (EIFT), di una data interfaccia aria/acqua o olio/acqua è un passo fondamentale per applicazioni in una vasta gamma di aree industriali come la deterrenza, il recupero dell’olio , prodotti di consumo e farmacia^1,2,3,4. Tali valori di tensione devono essere determinati indirettamente dalla tensione superficiale dinamica (DST) o dalla tensione interfacciale dinamica (DIFT), perché solo i valori di tensione dinamica sono direttamente misurabili. I valori di tensione dinamica della superficie (ovvero la misurazione dei valori di tensione in funzione del tempo) sono determinati a intervalli di tempo regolari. I valori di tensione di equilibrio vengono considerati determinati quando i valori dell’ora legale sono in stato stabile. I valori di tensione superficiale del vero equilibrio sono meglio stabiliti quando sono stabili rispetto alle perturbazioni⁵. Diverse osservazioni del rilassamento della tensione dopo la compressione della superficie sono state precedentemente riferite da Miller e Lunkenheimer, che hanno utilizzato due metodi classici di tensiometria, l’anello Du No’y e i metodi della piastra Wilhelmy^{6,7 ,8}. Questi metodi sono meno accurati di quelli utilizzati in questo studio, e questi DEST sono stati misurati ogni pochi minuti. Sono state sviluppate numerose tecniche per misurare i valori delle interfacce relative alla tensione superficiale (ST) o alla tensione interfacciale (IFT), ma esistono solo alcune tecniche che possono essere utilizzate per misurare i valori di DST o DIFT e consentire di applicare perturbazioni per testare stabilità dei valori di tensione stabili acquisiti⁹. Se la soluzione acquosa contiene miscele surfactant, e quando uno dei componenti adsorbs molto più veloce rispetto agli altri, allora ci può essere un plateau temporaneo nelle curve dell’ora legale¹⁰. Quindi i metodi presentati potrebbero non funzionare bene nei tempi brevi come per un componente su factants, ma possono ancora funzionare se le procedure sono leggermente estese per coprire scale temporali più lunghe.

I protocolli qui descritti mostrano dati rappresentativi solo per i valori di tensione superficiale di una soluzione aria/acquosa. Tuttavia, questi protocolli si applicano anche per l’IFT di una soluzione acquosa contro un secondo liquido, come un olio, che è immisciabile con la soluzione acquosa e ha una densità minore rispetto a quella della soluzione acquosa. Qui, vi presentiamo due metodi robusti che soddisfano questi criteri, il metodo a bolle emergente (EBM) e il metodo bolla filatura (SBM). In entrambi i metodi, si determinano i valori ST che si basano sulle bolle e non richiedono informazioni sull’angolo di contatto, che possono introdurre significative incertezze ed errori nelle misurazioni. Per l’EBM, le perturbazioni ad area vengono introdotte cambiando bruscamente il volume della bolla che emerge da una punta di aghi di siringa. Per l’SBM, le variazioni nella frequenza di rotazione dei campioni vengono utilizzate per le perturbazioni ad area. I protocolli dettagliati hanno lo scopo di guidare i ricercatori nel campo, in modo che possano evitare errori comuni o errori nella tensiometria dinamica ed equilibrium e aiutare a prevenire interpretazioni imprecise dei dati acquisiti.