手動(dòng)表界面張力儀的工作原理與基本操作指南

發(fā)布時(shí)間： 2026-02-10　　點(diǎn)擊次數(shù)： 95次

手動(dòng)表界面張力儀是一種基于力學(xué)平衡原理，通過人工操作測(cè)量液體表面或界面張力的經(jīng)典儀器。其核心在于精確測(cè)量為克服表面張力效應(yīng)而施加的外力。

一、基本工作原理

儀器主要基于兩種經(jīng)典方法：鉑金板法和鉑金環(huán)法。兩者的物理基礎(chǔ)均為力平衡。

鉑金板法：測(cè)量基于固體與液體表面潤濕相互作用產(chǎn)生的力。將一塊薄鉑金板垂直浸入待測(cè)液體中。由于液體表面張力的作用，液體沿鉑金板表面爬升，產(chǎn)生一個(gè)向下拉拽板的力。此力與表面張力、板周長及液體的接觸角余弦值成正比。儀器通過精密的扭力絲或天平系統(tǒng)測(cè)量此拉力。當(dāng)鉑金板與液體達(dá)到理想的潤濕狀態(tài)時(shí)，所測(cè)力值經(jīng)計(jì)算可直接得到表面張力。

鉑金環(huán)法：測(cè)量將一個(gè)已知周長的鉑金環(huán)從液面拉脫所需的較大力。初始時(shí)，鉑金環(huán)浸沒在液面以下。通過旋轉(zhuǎn)升降旋鈕緩慢降低液面，使環(huán)逐漸上升。在環(huán)即將脫離液面的瞬間，液膜對(duì)環(huán)產(chǎn)生的向下拉力達(dá)到更大值。此較大拉力與液體的表面張力及環(huán)的周長相關(guān)，需引入經(jīng)驗(yàn)校正因子進(jìn)行計(jì)算，以得到表面張力值。

兩種方法中，手動(dòng)操作的核心是精細(xì)控制鉑金板或鉑金環(huán)與液面的相對(duì)位置，并通過光學(xué)放大或機(jī)械指示裝置來探測(cè)力的平衡點(diǎn)或較大值。

二、基本操作指南

規(guī)范的操作是獲得可靠數(shù)據(jù)的前提，流程主要包括準(zhǔn)備、測(cè)量與清潔。

操作前準(zhǔn)備：

儀器調(diào)平：將儀器置于穩(wěn)固、無震動(dòng)的臺(tái)面，調(diào)整底座水平腳，確保儀器處于水平狀態(tài)。

部件安裝：用鑷子小心安裝潔凈干燥的鉑金板或鉑金環(huán)至測(cè)量臂末端，確保連接牢固。

樣品準(zhǔn)備：將待測(cè)液體注入潔凈干燥的樣品皿中，液面需足夠平靜、無氣泡。將樣品皿置于升降臺(tái)上。

儀器調(diào)零：在鉑金板/環(huán)未接觸液體時(shí)，調(diào)節(jié)儀器旋鈕，使力指示裝置對(duì)準(zhǔn)零位。

測(cè)量過程：

初步定位：旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)旋鈕，使液面緩慢上升，直至鉑金板底部剛好接觸液面，或使鉑金環(huán)浸沒在液面以下（環(huán)法）。

精細(xì)平衡（板法）：對(duì)于板法，緩慢調(diào)節(jié)升降臺(tái)或微調(diào)旋鈕，使液面與鉑金板保持剛好接觸的狀態(tài)，同時(shí)觀察力指示裝置。當(dāng)指針穩(wěn)定在某一位置時(shí)，記錄此時(shí)的刻度讀數(shù)。此位置對(duì)應(yīng)力的平衡狀態(tài)。

拉脫過程（環(huán)法）：對(duì)于環(huán)法，極其緩慢地旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)旋鈕降低液面，使環(huán)逐漸上升，液膜在環(huán)上形成。操作需平穩(wěn)連續(xù)，同時(shí)密切觀察力指示裝置的指針。當(dāng)液膜即將破裂的瞬間，指針會(huì)達(dá)到一個(gè)更大值并隨即回轉(zhuǎn)。準(zhǔn)確記錄此較大刻度讀數(shù)。

重復(fù)測(cè)量：通常需在同一液體樣品上重復(fù)測(cè)量數(shù)次，取平均值。

操作后處理：

部件清潔：測(cè)量完成后，升起測(cè)量部件使其脫離液面。用鑷子取下鉑金板或鉑金環(huán)，依次在適當(dāng)?shù)娜軇┖图兯薪矗缓笤诰凭珶艋鹧嫔献茻良t熱以去除有機(jī)殘留，冷卻后備用。

清理臺(tái)面：清潔樣品皿，妥善處理廢液。

關(guān)鍵注意事項(xiàng)：整個(gè)操作過程需平穩(wěn)、緩慢，避免震動(dòng)。保持鉑金部件極度潔凈是結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵。環(huán)境應(yīng)無氣流擾動(dòng)，溫度相對(duì)穩(wěn)定。使用環(huán)法時(shí)，拉脫速度需均勻，過快或過慢均會(huì)影響較大力值的讀取。

手動(dòng)表界面張力儀的工作原理建立在液面對(duì)探針作用的力平衡之上。其基本操作圍繞精確控制液面與探針的相對(duì)位置，并通過機(jī)械指示系統(tǒng)識(shí)別特征力值點(diǎn)。盡管操作依賴人工技巧，但嚴(yán)格遵循規(guī)范流程，注重部件清潔與環(huán)境控制，仍可有效獲取表面或界面張力的測(cè)量數(shù)據(jù)。

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