Способ определения межфазного натяжения жидкостей Советский патент 1984 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к определе.нию физико-химических параметров жидкостей в частности межфазного натяжения несмешиваквдихся чистых жидкостей и растворов.поверхностноактивных веществ, и может найти применение для исследования временных зависимостей межфазного натяжения на границах раздела жидкостьжидкость в лабораторных условиях.

Известен способ определения межфазной энергии на границе раздела двух жидкостей, в процессе которого формируют капли двух жидкостей, посредством сближения приво. дят их в контакт. По достижении равновесия фиксируют контактный угол между ними и с помощью соответствующей зависимости, в которую входят также и значения поверхностных натяжений каждой из жидкостей, рассчитывают значение межфазного натяжения Cl.

Недостатками такого способа являются необходимость предварительного определения краевого угла смачивания между двумя исследуемыми жидкостями и значений их поверхностных натяжений, а также периодичность процесса измерения устройством, реализующим указанный способ, что за-о трудняет автоматизацию процесса измерения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является спосо определения межфазного натяжения жидкостей, заключающийся в формировании капли одной жидкости на торце вертикального капилляра, погруженого в другую жидкость, и измерение давления в капле. .

Каплю формируют путем вьщавливания жидкости из капилляра, в процессе которого производят непрерывное измерение давления. Значение ме:жфазного натяжения рассчитывают на основании измеренного максимального давления в образующей капле, глубины погружения капилляра в жидкость, разности удельных весов исследуемых жидкостей и постоянной капилляра С2}

Недостатком известного способа является низкая точность., обусловленная зависимостью определяемой величины от разности удельных весов исследуемых х идкостей, которая в процессе измерения может изменяться под влиянием различных факторов .

Целью изобретения является повышение точности определения межфазного натяжения путем исключения влияния разнооти удёльных весов исследуемых жидкостей, на определенную величину.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения межфазного натяжения жидкостей, заключающемуся в формировании капли одной жидкости на торце вертикального капилляра, погруженного в другую жидкость, и измерении давления в капле, формируют две капли более тяжелой из двух исследуемых жидкостей на верхних торцах двух капилляров различной длины с отверстиями различного диаметра, нижние торцы которых заглушают и размещают на одном уровне, при этом формирование капель осуществляют при условии равенства отношений объемов капель к третьей степени ра- диусов, разницу длин капилляров устанавливают равной заданной величине, определяемой отношением объемов капель к третьей степени радиусов и разницей радиусов капилляров, а межфазное натяжение определяют по разнице давлений в капиллярах, измеренных на уровне нижних торцов.

При этом используют капилляры, для которых

йС 0,3894(r2-h)

где ut - разность между длиной капилляра меньшего радиуса и длиной капилляра большего радиуса , м, формируют капли, объем каждой из которых равен третьей степени радиуса капилляра, а межфазное натяжение рё рассчитывают по выражению

6 0,5793ЛР rv,7( гдв.аР - разность давлений Ь капиллярах, измеренных на уровне нижних торцов, Н/М

На чертеже преяставлено устройство, реализующее предложенный способ определения межфазного натяжения жидкостей.

Устройство состоит из калиброванных капилляров 1 и 2 с выходными отверстиями ножевой формы различных длин fi и 2 различных радиусов внутренних отверстий Vl и V трехвходового крана 3, микродозатора 4, двух отборных устройств 5 давления, смонтированных на одном уровне в днще сосуда 6, измерителя 7 перепада давлений и воронки 8, предназначенной для наполнения сосуда б исследуемой жидкостью с меньшим удельным весом.

Как показали проведенные рассчеты зависимость между межфазным натяжением на границе раздела двух жидкостей и и давлением в капле PJ| на уровне острой кромки выходного отве стия капилляра 1 при условии, что сосуд 6 заполнен исследуемой жидкостью с меньшим весом . а объем исследуемой жидкости V с большим удельным весом -у, находящийся выше плоскости острой кромки капилляра i, определяется соотнесением YV3/V, 1,ф ,(1) является следукщей t, . (6+0,2256 )V2/0,5793Vi (2) где Методическая погрешность зависимости (2) Ш1Я 6 5-10010 Н/м, . VsO,-l,010-3 n, ,5-l,5-lo3 кГ/м не превьшает 0,1%. Давление внутри капилляра 1 .на уровне отборного уст ройства 5 равно Pl (022564yV2)/0,5793Vi Рдё в. - длина капилляра 1. Аналогично давление внутри капилляра 2 на уровне отбррного устройства 5 равно (6+0, 2256d3V|)/0,57934 +67 2 1 где /2 длина капилляра 2 (C,V,V Тогда радность давлений внутри капилляров 1 и 2 на уровне отборных устрой ств 5 равна {d+0,2256ayVf,)/0,5793Vi 4tV (5) - (б+0,22564J.V|) /0,5973У -гте2 Г6 (, -4уУ2 /0,225g(y,j-V)-0,5l92l4D)/0,- Из (5) следует, что для исключ ений i влияния разности удельных весоЪ исследуемых жидкостей на результаты расчета межфазного натяжения необходимо, чтобы выпойнялось условие , , /4 Vj.Vz Со, 2 2 56 {V -V2; - 0,5 7 9 ЗЛР)0 (6) Из (6) следует, что ,2256.(-Vi/0,5793eO,3894()(7 Тогда с учетом (5) получаем, что при выполнении условия (7) межфазное натяжение ссчитыва тся, йлеяукздим образом ,5793dPV:,Vi/() (8) Таким образом, выбрав капилляр с меньшим внутренним радиусом длиннее капилляра с большим в ЭУ1 ренним радиусом на величину й согласно (7) и измеряя разность давлений внутри капилляров на уровне отборных устройств при условии, что объемы исследуемой жидкости с большим удельным весом, находящиеся выше острых кромок, определяются,зависимостью (1), получаем независимость результатов расчета межфазного натяжения от разности удельных весов исследуемых жидкостей, Использование капилляров с вЪЬсоД- ными .отверстиями ножевой формы обеспечивает также независимость результатов измерений от краевого угла смачивания. Процесс определания межфазного натяжения жидкостей с помощью устройства, реализукщего предложенный способ, заключается в следуклцем. Устанавливают капилляры 1 и 2 вертикально н& строго горизонтальном днище сосуда 6 аким -образом, чтобы отборные устройства 5 находились внутри каждого из капилляров на уровне плоскостей срезов нижних концов Путем соответствукщегй переключения трехходового крана 3 с учетом объемов соединительных линий и объемов каждого из капилляров с помощью микродозатора 4, вьщавливают такие объемы исследуемой жидкости с большим удельнымвесом в каждый из капилляров, чтобы выполнялось условие (1). Через воронку В в сосуд б залйваю.т исследуемую жидкость с меньшим удельным весом. Измеряя разность между давлениями внутри капилляров на уровне отборных устройств измерителем 7 перепада давления с помощью зависимости (8) рассчитывают межфазное натяжение на границе раздела двух несмш 1ивакщихся жидкостей. Технико-экономический эффект предложенного способа определения межфазного натяжения в сравнении с базовьпи способом определения межфазного натяжения по измеренному максимальному давлению в образовавшейся капле ИЗ кгшибЕюванного капилляра заключается в исключении влияния удельных весов исследуемых жидкостей на полученные результаты, в возможности исследования временной зависимости межфазного натяжения на границе двух несмешиваютихся растворов поверхностно-активных веществ и Вполной автоматизации процесса определения межфазного натяжения.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖФАЗНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, заключающийся в формировании капли одной жидкости на торце вертикального капилляра, погруженного в другую жидкость, и измерении давления в капле, отличающийсятем, что,.с целью повышения точности определения путем исключения влияния разности удельных весов жидкостей на определенную величину, формируют две капли более тяжелой из двух исследуемых жидкостей на верхних торцах двух капилляров различной длины с отверстиями различного радиуса, нижние торцы которых заглушают и размещают на одном уровне, при этом формирование капель осуществляют при условии равенства отношений объемов капель к третьей степени радиусов, разницу длин капилляров устанавливают равной заданной величине, определяемой отношением объемов капель к третьей степени радиусов и разницей радиусов капилляров, а межфазное натяжение определяют по разнице давленийв капиллярах, измеренныхна уровне нижних торцов. 9 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют капилляры, для которых 48 0,3894{Г2--1; где АЙ - разность между длиной капилляра меньшего радиуса и длиной капилляра большего радиуса t ,- м. формируют капли, объем каждой из которых равен третьей степени .радиуса капилляра, а межфазное натяжение ё рассчитывают по выражению 6 0,5793йР1 2/(Г:2 1) ( где йР - разность давлений в капиллярах, измеренных на уровне нижних торцов, Н/м. -J