Khi tổng hợp các hỗn hợp, sức căng bề mặt (IFT) giữa nước và pha kỵ nước có thể dao động từ 50 mN/m đối với các chất thô đến giá trị thấp tới 10-5 mN /m đối với các phần của vi nhũ tương được tạo thành công. Để phân tích thành phần chính xác, sẽ rất hữu ích khi sử dụng các thiết bị đo bao phủ phổ IFT phạm vi rộng này.
Trong Báo cáo ứng dụng dưới đây, trước tiên Kruss trình bày cách có thể đo phạm vi IFT rộng lý tưởng bằng Máy đo sức căng thả quay – SDT, với hệ thống đơn giản bao gồm pha nước, pha dầu (cyclohexane) và hydrotrope (tert -rượu butyl). Các giá trị đo được từ 50 mN/m xuống đến 0,1 mN/m rất phù hợp với thông số của Máy đo sức căng – K20 và thậm chí còn cho thấy khả năng tái lập tốt hơn. Bằng cách mở rộng các phân tích sang hệ thống pha của IFT cực thấp, Kruss có thể chứng minh rằng thiết bị này có khả năng mang lại kết quả đáng tin cậy trong sáu thập kỷ qua, tức là xuống tới 2,7·10 ‑5 mN/m.
Sơ lược
Đo IFT bằng Máy đo sức căng thả quay – SDT
Máy đo sức căng thả quay – SDT cho phép xác định quang học IFT lỏng-lỏng bằng cách phân tích hình dạng của một giọt chất lỏng nhẹ được bao quanh bởi pha chất lỏng nặng [2]. Giọt này bị kéo dài trong một ống mao dẫn quay đầy do lực ly tâm, lực này bị cân bằng bởi sức căng bề mặt, ép giọt vào hình dạng tròn. Kết quả là, sức căng bề mặt có thể được tính toán bằng cách phân tích độ cong (với phương pháp Young-Laplace) hoặc đường kính dọc của giọt kéo dài (phương pháp Vonnegut)
Một số điểm mạnh của thiết bị SDT tiên tiến là quy trình làm đầy mao quản đã được cấp bằng sáng chế và chức năng thả quay tự động, mức độ tự động hóa cao được hỗ trợ bởi phần mềm ADVANCE, hiệu chuẩn hình ảnh chính xác với hình nón tích hợp có kích thước xác định và ánh sáng nhấp nháy để phát hiện biên dạng thả chính xác.
Ảnh hưởng của hydrotropes đến IFT nước-dầu
Hydrotropes là các phân tử lưỡng tính nhỏ có thể làm tăng khả năng hòa tan của các chất kỵ nước trong nước, do đó hoạt động như một chất đồng dung môi. Hydrotropes có xu hướng làm giảm IFT giữa pha nước và pha dầu, nhưng không giống như chất hoạt động bề mặt , chúng không hình thành các mixen ổn định trong nước vì các phần kỵ nước trong phân tử của chúng quá nhỏ. Chúng thường được áp dụng để tăng cường tính ổn định của vi nhũ tương . Một ví dụ điển hình là rượu tert -butyl (TBA).
Thí nghiệm
Một hệ thống đơn giản bao gồm nước cất ở dạng nặng và cyclohexane (CHX, Sigma Aldrich, khan, ≥ 99,5%) ở dạng pha nhẹ đã được nghiên cứu dưới dạng IFT với các phần TBA khác nhau (Carl Roth, ≥ 99,5%). Tất cả các hóa chất được sử dụng mà không cần tinh chế thêm. Hỗn hợp mẫu được chuẩn bị và các pha được bão hòa lẫn nhau. Dữ liệu mật độ và IFT được xác định bằng Máy đo sức căng – K20. Thành phần mẫu và dữ liệu tài liệu được liệt kê trong bảng 1.
Các phép đo IFT được thực hiện bằng Máy đo sức căng thả quay – SDT. Nhiệt độ được điều khiển bằng bộ điều chỉnh nhiệt được kết nối với thiết bị và đặt ở 20°C.
| Vật mẫu
No. |
Nồng độ mol TBA/nước (eq.) [%] | Mật độ pha nhẹ [g/cm³] | Mật độ pha nặng [g/cm³] |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,00 | 0,776 | 0,998 |
| 2 | 0,11 | 0,778 | 0,998 |
| 3 | 0,88 | 0,776 | 0,992 |
| 4 | 3,77 | 0,776 | 0,976 |
| 5 | 5,54 | 0,783 | 0,971 |
| 6 | 6,52 | 0,802 | 0,966 |
| 7 | 7,91 | 0,835 | 0,953 |
Bảng 1: Thành phần và khối lượng riêng của hỗn hợp mẫu
Kết quả
Hình 1 hiển thị hình ảnh thả mẫu cho IFT cao nhất (A, mẫu 1) và IFT thấp nhất (B, mẫu 7) của các mẫu được thử nghiệm.
| Vật mẫu
No. |
IFT (SDT) [mN/m] | IFT ( Phương pháp tấm Wilhelmy, K20) [mN/m] |
|---|---|---|
| 1 | 46,589 ± 0,096 | 48,8 |
| 2 | 41,740 ± 0,088 | 41,0 |
| 3 | 24,192 ± 0,037 | 24,5 |
| 4 | 7,731 ± 0,058 | 7.3 |
| 5 | 2,475 ± 0,004 | 2.3 |
| 6 | 1,026 ± 0,004 | 1.0 |
| 7 | 0,235 ± 0,009 | 0,1 |
Bảng 2: Giá trị IFT và độ lệch chuẩn (N=3-4)
Để chứng minh tiềm năng của thiết bị trong việc xác định IFT cực thấp, hỗn hợp nước (250 mL), natri clorua (25,5 mg), n -heptane (250 mL) và chất hoạt động bề mặt AOT (dioctyl natri sulfosuccinate, 55,5 mg) đã được chuẩn bị. Hỗn hợp này đã cho thấy giá trị IFT trong khoảng 10-5 mN/m [5]. Tất cả các hóa chất được trộn kỹ bằng máy khuấy từ trong 18 giờ ở nhiệt độ phòng. Hỗn hợp được đổ vào phễu tách. Việc tách thành ba giai đoạn xảy ra, mất khoảng 4 giờ.
Pha trung tâm vi nhũ tương được sử dụng cho pha giọt và được đo dựa trên pha nước ở đáy là pha nặng với SDT ở 25°C. Một hình ảnh thả mẫu cùng với giá trị IFT thu được là 2,7·10 -5 mN/m được hiển thị trong Hình 3
Tóm tắt
Đo lường và kiểm soát sức căng bề mặt (IFT) giữa chất lỏng-lỏng có tầm quan trọng lớn đối với các ngành công nghiệp xử lý nhũ tương, đặc biệt là vi nhũ tương. Kruss trình bày dữ liệu IFT được ghi lại bằng Máy đo sức căng thả quay – SDT cho một hệ thống đơn giản gồm pha nước, pha dầu và dung môi. Các kết quả rất phù hợp với dữ liệu tài liệu trong khi cho thấy độ không nhỏ hơn nhiều. Đối với một hệ thống vi nhũ tương khác, người ta đã đo IFT trong phạm vi 10-5 mN /m, cho thấy phổ rất rộng của IFT có thể tiếp cận được bằng SDT. Phạm vi rộng này kết hợp với khả năng xử lý thân thiện với người dùng và các tính năng kỹ thuật tiên tiến cho kết quả chính xác khiến SDT trở thành thiết bị được lựa chọn để đo các giá trị IFT thấp.
Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp dòng sản phẩm Máy đo sức căng bề măt hãng Kruss.
EN