传统“力表面张力仪（Force Tensiometer）”的特点和缺陷
基于称重（测力）原理的表面/界面张力测量方法是传统测量方法中最早被商品化的，也是当前最普及的。其中的代表有薄板（Wilhelmy plate）法和吊环法（Du Noüy-ring），以及近几年也被采用的圆柱（rod）法。
这些方法通过测量液体表面（或界面）施加于固体表面（探针/探头）的力来计算出表面张力（或界面张力），其核心组件是一高精度的测力传感器（micro-balance / weighing cell）：提高测力传感器的精度虽然可以提高测量的分辨率，但同时也提高对测量环境的要求，如防震动、恒温等。但准确地测量并获得力的强度只是完成了整个测量任务的一部分，更为关键的是如何把这一测量得到的力与液体界面的表面张力（或界面张力）关联起来；另外测量获得的力是一综合的力，其中包括表面/界面张力施加的力，所以必须把后者从中分离出来。正是在这一点上，必须引入各种前提、假设和经验校正因子，使得这类方法不能被称为绝对的方法，并受到种种制约和限制。
1. 吊环法
本法把圆环（即吊环，常用细铂-铱合金丝制造）从液面以下缓慢地提起（一般通过降低液面的相对运动），同时记录力随位置的变化。当吊环被提升至液面以上高度时，吊环下方悬挂着被拉伸的液面（liquid meniscus）; 在吊环与液面脱离前的瞬间，拉力达到最大值。现代的吊环法往往控制吊环提起的高度：在拉力达到最大值后，而吊环与液面还未脱离前，又缓缓地降低吊环的高度；当吊环下降到一定高度后，又重新把它缓慢地拉高，以再次寻找拉力达到最大值时的位置点。这样反复地进行，以获得重复测量的最大值数值。对这一最大值进行经验因子校正，就可计算出表面/界面张力值。从这里可以看出，吊环法测量表面张力是个动态、非平衡过程：在整个测量过程中，表面处于不断形成和更新的状态，所以用吊环法得不到表面张力的静态值或平衡值，除非表面张力达到静态值或平衡值所需的时间远远低于测量所需的时标（time scale），或者被测量的液体是单一组成的纯液体（pure liquids）。吊环法也无法测量表面形成后瞬间起表面/界面张力随时间的动态变化，因为整个测量过程（获得第一个拉力最大值）需要较长时间才可完成。
吊环法的关键问题在于计算时必须用到的校正因子（correction factor）。吊环下方悬挂的、被拉伸的液面（liquid meniscus）对吊环施加的力不只局限于液面对吊环接触周长（periphery of wetted surface）由于表面/界面张力而引起的作用力，而且还包括吊环下方由于毛细管作用力而悬挂的部分液体（portion of liquid）的重量。而后者贡献的大小与形成的、具体悬挂液面（liquid meniscus）的复杂形状紧密相关，而后者又与液体在吊环表面的接触角值，吊环的直径，吊环丝的直接，装盛液体的容器的尺寸，液体在容器器壁上的润湿现象以及液体本身的表面张力和密度值等多种因素有关。在吊环测量法发展的历史上，人们提出了多种不同的校正因子计算（经验）公式，其中常用的有Harkins and Jordan（1930），Huh and Mason （1975），和Zuidema and Waters （1941）等。不同的经验公式都有不同的限制范围，比如只适合于一定的表面张力值范围和一定的密度差范围等。它们都有一个共同的局限性：目前所有的校正因子公式都是在假设表面张力值不随时间（至少在测量的时标范围）变化的前提下得出的，也即都假设了待测量的液体为单组分纯液体，而且也都只是通过测量单组分纯液体的表面张力进行了“验证”。另外它们也都忽略了液面在容器器壁上的润湿形成的膜（film）可能产生的对测量的影响，也即假设了容器直径为非常大。而后者尤其可以对含有表面活性剂成分的溶液体系的表面张力的测量带来显著的影响，使得结果重复性差，误差大（可高达10mN/m或20%以上）（参见文献[1]）。
所以严格地说吊环法只适合用于测量单组分纯液体的表面张力值，也只有在这种情况下才能保证许多仪器制造厂家所标出的测量准确性。另外测量时还必须注意以下的事项：
多数校正公式在推导时假设了液体在吊环表面的接触角值为零，所以每次测量前必须通过用火烧烤来清洁吊环的表面以保证好的润湿性。非零接触角值将引起明显的测量误差：而且表面张力值越大，偏差也将越大。
吊环材料的机械强度很弱，使用过程中很容易变形。变形的吊环将导致非常大的测量误差（甚至无法测量），需要修理或购买新的吊环，价格均不菲。
测量时必须保证吊环面的水平放置，也即吊环平面必须与液面平行，否则会引起很大的误差。
当用于测量含有表面活性剂的溶液时（严格地讲，这一方法不适合这一用途），必须确保每次使用前，都要把吊环和容器表面上可能吸附/粘附的表面活性剂分子彻底地清洗干净，否则将引起可观的测量误差。对于有些表面活性剂体系，清洗的难度是相当可观的。 另外在进行了粘性的硅油或原油的测量后，也必须采用很好的溶剂（比如丙酮）把吊环表面彻底地清洗干净，否则将影响后续的测量结果。
测量含有表面活性剂的溶液时（严格地讲，这一方法不适合这一用途）：表面活性剂分子可以在吊环表面发生吸附，拉起的悬挂在吊环下方的液面（liquid meniscus）可以对表面层的表面活性剂浓度造成影响（尤其对溶解性不好的表面活性剂）。另外吊环法的测量原理使得表面活性剂分子在表面上无法达到分布、排列和取向的平衡状态，使得得到的表面张力值无相应的对应状态，数值可与测量的具体过程和速度有关。
吊环法的原理决定了其即无法测量平衡表面张力值，也无法用于跟踪、测量动态表面张力值随时间的变化。
2. 薄板法
薄板法在测量中采用一薄板（通常也用铂-铱合金材料制造）作为探针来进行测量。测量时，或是慢慢地将原先浸入到液面以下的薄板底部边沿（bottom of plate）拉升，使后者刚刚好与液面处于同一平面为止（flush with the liquid surface）；或是让薄板底部边沿慢慢地从上方接近液面，使其刚刚好与液面发生接触为止。然后保持在这一所谓的0接触位置测量探针受到的力，并跟踪它随时间的变化。在假设液面与薄板表面的接触角为0和已知薄板的润湿周长（periphery of the wetted surface）的前提下，可以从测量到的力计算得到表面张力值。与吊环法不同的是，薄板法不需要校正因子。
薄板法虽然能较好地控制表面的静态平衡，可以测量表面张力随时间的变化，但无法测量表面形成后瞬间的动态属性，其能测量的最短时间范围约在表面形成后的数秒之后。另外本方法在测量含有表面活性剂成分的溶液时，会遇到表面活性剂分子在金属表面的吸附问题以及由此引发的测量偏差和困难。当出现因表面活性剂分子吸附到薄板金属表面而使原来亲水的金属表面变得逐步疏水，从而改变溶液与其之间的接触角，使得后者明显偏离0度时，就会影响测量得到的值（使其偏低）。甚至有些表面活性剂分子（尤其是阳离子类的）在使用的金属表面吸附力度可以如此之大，以至根本无法使用金属表面作为探头，而须改用纸质薄片（如滤纸片）来勉强代替。再者大面积的薄板金属表面也将对表面活性剂分子在表面的吸附、排列和取向造成较大的影响，从而影响测量得到的值。薄板法也同样存在吊环法中提及的有关装盛液体的容器尺寸以及液体在容器内壁表面的润湿/吸附可能对测量结果造成影响的问题。
薄板法的另一缺陷是不适合用于测量液/液-界面张力。这是基于以下的事实：
液/液-二相之间形成界面表明这二相的化学属性差异很大，所以很难找到一种材料来制作薄板法用的薄板表面，让后者在属性差异很大的二液体相都具有很好的润湿性，也即在二相中的接触角均为零。如果这一点无法实现，就必须知道接触角的具体值，并对测量得到的力的值进行非常复杂的校正。
3. 力表面张力仪的特点和缺陷
市场上提供的力表面张力仪多数既可以采用吊环法，又可以采用薄板法进行测量，那么具体操作时到底应该选用哪一种方法更合适呢？对于这样一个典型的日常问题，以制造高档力表面张力仪闻名的德国KRÜSS公司的技术资料（Technical Note TN308）给出了一个非常风趣但却也是十分理性的答复：
“（吊）环是供戴在手指上的，薄板是用于测量表面张力的。”
意即在测量表面张力时，不应该采用吊环法，而应该选用薄板法。那么仪器购买时提供的吊环又有什么用途呢？同样的技术资料给出以下的回答：
“如果你想用（吊）环做尽可能多的事，最好是在测量表面张力时把它保管（封陈）在珠宝盒里；只有当你想要测量界面张力时，再把它取出来。”
因为前面已经提及薄板法不适合用于测量界面张力：你很难找到一种材料，确保它在二个属性差异显著的液相都能润湿良好（接触角接近0）。如果你硬要通过拉伸界面来获得一个接近0度的（后退）接触角，那么你也得同样采取与吊环法类似的校正因子手段对测量获得的力进行校正。所以在这种情况下，还不如干脆直接采用吊环法，至少吊环法比薄板法要灵敏好几倍。
但几乎所有的液/液-体系的界面张力都显示时间依赖性，当体系含有表面活性剂成分时，这一现象就更为显著。而前面也已经提及：吊环法不适合测量这样的体系，测量时体系也始终处于一非平衡状态。所以对于这样的一类常见体系，力表面张力测量仪（force tensiometer）其实无法提供一种满意的测量方法。
参考文献：
K. Lunkenheimer and K.-D. Wantke, Colloid & Polymer Sci. 259, 354-366(1981).
CR, Technical Note TN308, Force Tensiometry with Ring and Plate, KRÜSS GmbH (Hamburg, Germany), 2004
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