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眾所周知,作為精密測(cè)試儀器而言,接觸角測(cè)量?jī)x以及采用蒸餾水作為探針液體的水滴角測(cè)量?jī)x的生命為重復(fù)性。同時(shí)也顯而易見(jiàn),重復(fù)性是考察接觸角測(cè)量?jī)x好壞的關(guān)鍵指標(biāo)。
我們?cè)诤芏辔恼轮芯鶎?duì)于接觸角的重復(fù)性的問(wèn)題進(jìn)行了回答,現(xiàn)將相關(guān)問(wèn)題回答進(jìn)行進(jìn)一步整理如下:
1、何謂接觸角測(cè)量?jī)x?接觸角測(cè)量?jī)x與數(shù)碼量角器區(qū)別在哪里?
美國(guó)科諾以及上海梭倫在行業(yè)內(nèi)對(duì)于接觸角測(cè)量?jī)x的定義進(jìn)行了重新描述。我們認(rèn)為,作為界面化學(xué)物性測(cè)量的接觸角測(cè)量?jī)x,其定義應(yīng)為采用Young-Laplace方程擬合算法,綜合表面張力、重力(浮力)、接觸角、界面張力等參數(shù)測(cè)試固液氣或固液液三相體系接觸角值的測(cè)試儀器。從視角來(lái)講,主要分為頂視法和側(cè)視法兩種。
Young-Laplace方程擬合法的缺陷在于軸對(duì)稱假設(shè),即要求測(cè)試液滴輪廓的左、右對(duì)稱。而阿莎算法(ADSA-RealDrop算法)是不需要軸對(duì)稱即可測(cè)試綜合表面張力、重力、接觸角、界面張力,測(cè)試接觸角(可應(yīng)用于3D接觸角或動(dòng)態(tài)接觸角、前進(jìn)后退角測(cè)試)的方法。
數(shù)碼量角器是僅僅提供一個(gè)WH法(量高法)或圓擬合、橢圓擬合或切線法(二次、三次或復(fù)合曲線、Spline插值或真實(shí)液滴法(微分算法,上海梭倫所倡導(dǎo)的方法之一))均與表面張力、重力或接觸角無(wú)關(guān),只是量測(cè)液滴輪廓的角度。因而,只能算為數(shù)碼量角器,而非界面化學(xué)所用接觸角測(cè)量?jī)x。
總之,標(biāo)準(zhǔn)的接觸角測(cè)量?jī)x的判斷依據(jù)為:(1)阿莎算法;(2)側(cè)視法時(shí)是否能夠提供相機(jī)、樣品臺(tái)各自的水平調(diào)整;(3)校準(zhǔn)工具。
2、何謂接觸角測(cè)量?jī)x的重復(fù)性?
接觸角測(cè)量?jī)x的重復(fù)性是指通過(guò)采用阿莎算法后,測(cè)試同一探針液體對(duì)于同一個(gè)樣品(可以是時(shí)間不同,可以為位置不同)的測(cè)值誤差或偏差。
3、接觸角測(cè)量?jī)x的重復(fù)性差可能的原因有哪些?
(1)探針液體表面張力變化;
(2)探針液體特別是有機(jī)溶劑出現(xiàn)揮發(fā)而濃度變化;
(3)探針液體(如達(dá)因水等)的表面張力出現(xiàn)三明治效應(yīng);
(4)針頭或注射器污染;
(5)儀器本身水平度調(diào)整缺陷;
(6)數(shù)碼量角器時(shí)進(jìn)液精度重復(fù)性差。
4、水滴角測(cè)量?jī)x重復(fù)性差的可能原因有哪些?
(1)探針?biāo)谜麴s水的表面張力值有變化;
(2)探針?biāo)谜麴s水污染;
(3)溫變化太大;
(4)數(shù)碼量角器時(shí)進(jìn)液精度重復(fù)性差;
其他原因參考接觸角測(cè)量?jī)x部分。
5、如何從探針液體本身因素考慮校準(zhǔn)接觸角測(cè)量?jī)x的重復(fù)性?
事實(shí)上,可以通過(guò)測(cè)試探針液體的表面張力值,特別是蒸餾水的表面張力值來(lái)評(píng)估探針液體穩(wěn)定性、是否污染等?
而測(cè)試液體表面張力通常采用阿莎算法,理由為只能這個(gè)算法可以測(cè)試不受針頭直徑影響的各種表面張力值,而其他的Young-Laplace方程擬合算法通常對(duì)針頭的直徑有要求。特別是接觸角測(cè)量時(shí),如果是超疏水表面的接觸角測(cè)量時(shí),由于采用了超細(xì)針頭(0.2mm),此時(shí)對(duì)于其他算法只能先換粗針頭如2mm直徑針頭,再換回細(xì)針頭。如果細(xì)針頭此時(shí)有污染,那么采用粗針頭時(shí)的表面張力值則無(wú)法作為依據(jù)。
6、如何從儀器本身本杜絕測(cè)值重復(fù)性差的問(wèn)題?
事實(shí)上,很長(zhǎng)時(shí)間采用的玻璃標(biāo)定板的思路嚴(yán)重影響了接觸角測(cè)量?jī)x行業(yè)對(duì)于測(cè)試檢測(cè)的判斷。上海梭倫的紅寶石校準(zhǔn)工具,可以測(cè)試3D條件下的固定不變紅寶石紅冠的接觸角值,并通過(guò)調(diào)整樣品臺(tái)和鏡頭的水平度調(diào)整,實(shí)現(xiàn)接觸角硬件的調(diào)校。
可以看出,調(diào)校的主要點(diǎn)還是在于如何確保測(cè)值時(shí)是正側(cè)視條件下而不應(yīng)有俯視條件。因?yàn)椋┮晽l件恰恰是影響接觸角測(cè)值的關(guān)鍵重要因素。
7、液體量的多少是影響接觸角測(cè)量?jī)x/水滴角測(cè)量?jī)x的重復(fù)性的關(guān)鍵因素?
不是。只有數(shù)碼量角器才會(huì)對(duì)液體量有非常高的要求,因?yàn)椋惴ㄖ懈緹o(wú)法修正重力的影響。但是,數(shù)碼量角器時(shí)液體量精度達(dá)到多少算是合格?0.001uL或更低,這就沒(méi)底了。事實(shí)情況是,只有通過(guò)納升(電磁閥技術(shù))或皮升(壓電陶瓷技術(shù))的噴射針頭才可以出現(xiàn)這么低精度的小液滴量控制。而一般的噴射針頭(氣壓式)、注射泵、微量進(jìn)液器、蠕動(dòng)泵均無(wú)法實(shí)現(xiàn)重復(fù)性非常高的進(jìn)液。
這里需要重復(fù)一下的觀念是,我們不建議采用噴射針頭的方式,因?yàn)?,噴射針頭或液體針頭是無(wú)法測(cè)試表面張力值的,而事實(shí)上,表面張力值的測(cè)定是考察儀器重復(fù)性的關(guān)鍵流程。噴射針頭本身的目標(biāo)是解決超疏水液體的測(cè)量,但是,由于噴射出來(lái)的液滴量較小,對(duì)于二代算法的Young-Laplace方程擬合對(duì)于超疏水材料的近圓形輪廓的分析測(cè)值很容易出現(xiàn)測(cè)值偏大再現(xiàn)(如在一些文章中經(jīng)常揭示的測(cè)值140度以上,該算法偏大10度的現(xiàn)象)。
8、從哪里可以買(mǎi)到接觸角測(cè)量?jī)x的紅寶石檢定工具?
可以與美國(guó)科諾亞太區(qū)投資公司上海梭倫及其代理商聯(lián)系。目前,美國(guó)科諾或上海梭倫儀器用戶,采用版本,我們?cè)诿赓M(fèi)贈(zèng)送紅寶石球校準(zhǔn)工具。