[發明專利]一種基于液滴機械振動的液體表面張力測試方法

有效

• 申請號: 201711468633.5
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108318384B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 張魯凝;張麗明
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N13/02
• 分類號: G01N13/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發明涉及一種基于液滴機械振動的液體表面張力測試方法，具體包括以下步驟：在多普勒超聲探頭上放置疏水基片，產生液滴于疏水基片上；通過振動觸發裝置使液滴發生自由振動；超聲探頭采用非聚焦連續波多普勒方法將液滴表面毛細波的自由振動轉換為超聲波多普勒頻移信號并加以放大；計算機信號處理模塊對多普勒頻移信號采集得到液滴自由振動特征圖，經傅里葉變換得到振動頻率特征圖，分析振動頻率特征圖并讀取二倍頻峰頻率；之后以液滴質量的倒數為橫坐標，以二倍頻峰頻率的平方為縱坐標作圖擬合直線，求出直線斜率，然后進一步得到液滴表面張力。本發明基于超聲多普勒頻移的方法進行超聲信號的頻率測量，具有節約試劑、性價比高和便攜的優點。

技術領域

本發明屬于液體物理化學性質測量技術領域，具體涉及一種基于液滴機械振動的液體表面張力測試方法。

背景技術

液體表面張力是液體的重要性質，在常溫體系中，用它可以確定表面活性并計算表面活性劑在溶液表面的吸附量。測定表面張力的方法很多，按測量原理可分為動力學法和靜力學法，動力學法是通過測量決定某一過程的數值來計算表面張力，而靜力學法則是通過測定某一狀態下的某些特定數值來計算表面張力。基于液滴在水平玻片上自然形成形狀計算表面張力的靜滴法是一種靜力學方法，傳統的靜滴法是根據物理學中的Laplace'sequation(拉普拉斯方程)，通過液滴的輪廓和表面張力的關系進行計算，但計算繁瑣，易出錯且費時。

奧地利科學家發現聲源與觀察者之間的相對運動，會使得觀察者聽到的聲音振動頻率不同于聲源。當聲源遠離觀測者時，聲波波長增加，音調變得低沉，但聲源接近觀測者時，聲波的波長減小，音調變高，這種現象被稱為多普勒效應，適應于所有類型的波。本發明所采用的多普勒超聲儀，是基于超聲多普勒技術，利用超聲波穿透能力強，衍射程度小等物理特性，并結合多普勒效應，將液滴自由振動的周期性蘊藏超聲多普勒頻移信號中。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種性價比高、操作簡便、節約試劑的基于液滴機械振動的液體表面張力測試方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種基于液滴機械振動的液體表面張力測試方法，采用多普勒超聲探頭將自由液滴的表面毛細波振動轉換為多普勒頻移信號，經計算機信號處理模塊收集并進行數據處理，具體包括以下步驟：

(1)在多普勒超聲儀的超聲探頭上放置疏水基片，通過微量注射器產生液滴于疏水基片上；

(2)通過具有自動回彈功能的振動觸發裝置使液滴發生振動，振動觸發裝置回彈后，液滴發生自由振動；

(3)超聲探頭將液滴的自由振動轉換為多普勒頻移信號并加以放大；

(4)計算機信號處理模塊對多普勒頻移信號采集得到液滴自由振動特征圖，傅里葉變換后得到振動頻率特征圖，分析振動頻率特征圖并讀取二倍頻峰頻率；

(5)重復步驟(1)至(4)，測定不同質量液滴的二倍頻峰頻率，之后以液滴質量的倒數為橫坐標，以二倍頻峰頻率的平方為縱坐標作圖擬合直線，求出直線斜率，然后進一步得到液滴表面張力。

進一步地，所述振動觸發裝置帶有具有自動回彈功能的尖端，設于疏水基片的上部。

進一步地，所述振動觸發裝置的尖端為聚四氟乙烯材質。

進一步地，所述疏水基片與超聲探頭之間通過凝膠層耦合。

進一步地，所述微量注射器產生液滴的質量為5-20mg。

進一步地，步驟(4)中計算機信號處理模塊包括用于數據采集的Audition軟件以及用于數據處理的origin軟件。

進一步地，步驟(5)計算液滴表面張力所依據的公式為：