Determinación precisa de los valores de tensión superficial de equilibrio con pruebas de perturbación de área

La determinación de la tensión superficial de equilibrio (EST), o la tensión interfacial de equilibrio (EIFT), de una interfaz de aire/agua o aceite/agua determinada es un paso crítico para aplicaciones en una amplia gama de áreas industriales como la detergencia, la recuperación mejorada del aceite , productos de consumo y farmacéuticos^1,2,3,4. Estos valores de tensión deben determinarse indirectamente a partir de la tensión superficial dinámica (DST) o de la tensión interfacial dinámica (DIFT), ya que sólo los valores de tensión dinámica son directamente medibles. Los valores de tensión superficial dinámica (es decir, medir los valores de tensión en función del tiempo) se determinan a intervalos de tiempo regulares. Los valores de tensión de equilibrio se consideran determinados cuando los valores DST están en estado estacionario. Los valores de tensión superficial de equilibrio verdadero se establecen mejor cuando son estables contra perturbaciones⁵. Miller y Lunkenheimer han informado previamente varias observaciones de la relajación de la tensión después de la compresión de la superficie, que utilizaron dos métodos clásicos de tensiometría, el anillo Du Noy y los métodos de placa Wilhelmy^{6,7 ,8}. Esos métodos son menos precisos que los utilizados en este estudio, y esos DST se midieron cada pocos minutos. Se han desarrollado numerosas técnicas para medir los valores de tensión superficial (ST) o tensión interfacial (IFT) de las interfaces, pero sólo hay un puñado de técnicas que se pueden utilizar para medir los valores de DST o DIFT y permitir que se estabilidad de los valores de tensión de estado estacionario adquiridos⁹. Si la solución acuosa contiene mezclas de surfactantes, y cuando uno de los componentes se absorbe mucho más rápido que los demás, entonces puede haber una meseta temporal en las curvas DST¹⁰. Entonces los métodos presentados pueden no funcionar bien en las escalas de tiempo cortas como para los tensioactivos de un componente, pero todavía pueden funcionar si los procedimientos se extienden ligeramente para cubrir escalas de tiempo más largas.

Los protocolos descritos aquí muestran datos representativos solo para los valores de tensión superficial de una solución de aire/acuosa. Sin embargo, estos protocolos también se aplican a la IFT de una solución acuosa contra un segundo líquido, como un aceite, que es inmiscible con la solución acuosa y tiene una densidad menor que la de la solución acuosa. Aquí, presentamos dos métodos robustos que satisfacen estos criterios, el método de burbuja emergente (EBM) y el método de burbuja giratoria (SBM). En ambos métodos, se determinan los valores ST que se basan en formas de burbuja y no requieren información de ángulo de contacto, lo que puede introducir incertidumbres y errores significativos en las mediciones. Para el EBM, las perturbaciones de área se introducen cambiando abruptamente el volumen de la burbuja que emerge de una punta de aguja de jeringa. Para el SBM, los cambios en la frecuencia de rotación de las muestras se utilizan para perturbaciones de área. Los protocolos detallados están dirigidos a guiar a los investigadores en el campo, de modo que puedan evitar errores o errores comunes en la tensiometría dinámica y de equilibrio y ayudar a evitar interpretaciones inexactas de los datos adquiridos.