光学悬滴法测量表/界面张力的特点和优点

与传统的表/界面张力测量法薄板法和吊环法相比，悬滴法几乎在涉及测量的准确性、可靠性、方便性和应用/适用范围等的每一方面都显示出其明显的特点和优点：

• 悬滴法是一种绝对的测量方法（absolute method）。说它绝对是因为它不像其它的方法需要作多种假设，如Du Nouy吊环法和Wilhelmy Plate法都要假设被测的液体能完全润湿吊环或薄板，吊环或薄板在接触液/流-界面时必须与液面保持平行或垂直等等，而且所用的吊环或薄板的真正几何尺寸事实上往往需要通过测量已知表面张力的液体（而且往往选用水）来校正或验证。

• 悬滴法仅有二个假设：1）液滴处于界面张力和重力（或/和其它外力，如果存在的话）的静力平衡；2）悬滴呈中心轴旋转对称（rotational invariance）。对于粘度在100 Pa·s 以下的液体，其实要做到这二点并不难点，只要保证形成的悬滴尺寸不要太小，以及（根据液体的粘度）给其以足够长的平衡时间就基本可达到。基于数字图像的悬滴法唯一需要校正的，或者更准确地说，需要测量的是图像的放大倍数（image scale），这可通过对已知尺寸的、用来形成悬滴的毛线管/针管的图像的同时测量，或通过运用高精密的注射泵，来获得，由此引入的系统误差可控制在0.1%左右。而后者也只对测量的绝对值产生影响。

• 操作最简便、省时。悬滴法在计算机/数字化后已成为所有方法中测量操作上最方便、简易的方法，能很快地取得准确可靠的结果。测量一液体的表面张力应可在数分钟内完成（这已经包括事先准备和时候清理！）。

• 测量范围广：小至约0.001mN/m，大到上百上千mN/m都可用这一方法测量。没有其它的测量方法可与此相比拟。

• 测量精度高，重复性好：现代的、基于液滴整个轮廓分析的悬滴法在一般实验条件下精度就可以达到约0.1%。传统的测量方法，一般只能在最理想的条件下方能达到这一精度，而且受种种影响因数的制约。

• 是所有方法中液体用量最小的方法。液滴小至约10微升就能准确测定，所以原则上只需要几十微升的液体就可测量。这为测量一些贵重的、稀有的液体体系提供了可能。传统测量方法的液体用量至少在几十毫升以上，因为必须保证液体因在容器壁上的润湿而引起的液面弯曲离开测量的探针表面足够地远，不致对测量产生明显的影响，这就要求容器的内径要足够大，需要足够多的被测液体。

• 测量的探针对形成的表/界面施加的影响最小：液滴事实上只与管端口的截面或管的外管壁（如果液体能很好润湿管壁的话）有少量接触，此一接触面积与整个液滴的表面积相比是很小的。这对研究表面活性剂体系以及其它的自组织体系尤其重要，因为传统的测量方法如Du Nouy吊环法和Wilhelmy Plate 薄板法很难避免使用的吊环或薄板本身（一般由金属材料制作）对表面活性剂（或其它的自组织体系）在表面的吸附（absorption）和分子的组织排列产生影响。

• 对液体的粘度最不敏感：由于上述的很小的接触面积，使得液滴能很快达到平衡，所以悬滴法是最适合测量高粘度液体的方法。事实上如果一液体（或熔融体）由于粘度太大而无法用悬滴法进行测量，也就很难再找到其他合适的直接测量方法。正是由于这一原因，悬滴法被广泛地用来测量高粘度的高分子融体和高分子溶液的表/界面张力。

• 非常适合高温、高压等极端条件下的测量。悬滴法常被用于温度高达上千度，压力高达几百巴的环境下的测量。

• 适用于进行非常宽广时间范围的动态测量：可从表/界面形成后的约0.1秒（甚至可低到几十微妙）起，对表/界面进行时间依赖性动态测量，测量可持续至几分钟，几小时，几天，...。此方法的动态测量尤其适合研究表面活性剂体系。不但可以考察表面活性剂的扩散速度，而且可以测量动态和静态CMC，表面活性分子在表面所占的面积等。在市场上可供给的所有测量方法中，除了最大气泡压力法的在测量极短界面寿命（从约0.01秒起）的动态表面张力的能力优于悬滴法外，悬滴法是最适合用于测量动态界面张力的方法，也是跨越时间范围最宽的方法（最大气泡压力法只能到约几十秒），在这方面是传统的吊环法和薄板法以及液滴体积法根本无法比拟的。

• 是所有方法中最适合用于测量液/液-界面张力的方法。液/液-体系是个多相、多组分体系，液/液-界面张力由于表面活性剂或者杂质的存在，或者二相之间的部分相容性，往往表现出缓慢、漫长的时间依赖性，悬滴法非常宽广的动态时间范围使得其能充分跟踪这一变化过程。界面二侧的二相往往属性差异很大（否则它们也就不会形成界限分明的界面），所以很难找到一合适的材料表面，让它对二相都具有很好的润湿性，这就使得前面提及的传统测量方法（吊环法和薄板法）所依赖的假设 – 接触角为零 – 几乎无法实现。

• 适用于进行表面粘/弹性（Surface Rheology）的研究：在适当硬件的支持下（ 如高精度注射泵或压电单元），悬滴的表面积或体积都可以得到控制，并使其随着时间按某一模式发生变化，如果同时跟踪液滴界面表面张力的变化，就可分析得到体系（界面）的粘/弹性模量，这对研究乳化剂的性能以及发泡性能和泡沫的稳定性很有帮助。悬滴的表面积其实是一微形的Langmuir Trog（槽 ），许多以前得运用Langmuir Trog的研究工作，不少可以通过悬滴法来代替，同时大大减少了液体的用量。

虽然由于历史的原因，传统的测量方法目前还占据着表/界面张力测量领域的首要位置，市场上也有大量的基于这些方法的测量仪器供给。但与现代完全数字、计算机化的悬滴法相比，实际上很难找到一个方面，可以让传统的测量方法显示出其（明显的）优越性。

事实上，传统测量方法存在一些天生的、古有的缺陷：传统“力表面张力仪”的特点和缺陷。

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