[发明专利]一种基于液滴机械振动的液体表面张力测试方法

说明书

本发明涉及一种基于液滴机械振动的液体表面张力测试方法，具体包括以下步骤：在多普勒超声探头上放置疏水基片，产生液滴于疏水基片上；通过振动触发装置使液滴发生自由振动；超声探头采用非聚焦连续波多普勒方法将液滴表面毛细波的自由振动转换为超声波多普勒频移信号并加以放大；计算机信号处理模块对多普勒频移信号采集得到液滴自由振动特征图，经傅里叶变换得到振动频率特征图，分析振动频率特征图并读取二倍频峰频率；之后以液滴质量的倒数为横坐标，以二倍频峰频率的平方为纵坐标作图拟合直线，求出直线斜率，然后进一步得到液滴表面张力。本发明基于超声多普勒频移的方法进行超声信号的频率测量，具有节约试剂、性价比高和便携的优点。

技术领域

本发明属于液体物理化学性质测量技术领域，具体涉及一种基于液滴机械振动的液体表面张力测试方法。

背景技术

液体表面张力是液体的重要性质，在常温体系中，用它可以确定表面活性并计算表面活性剂在溶液表面的吸附量。测定表面张力的方法很多，按测量原理可分为动力学法和静力学法，动力学法是通过测量决定某一过程的数值来计算表面张力，而静力学法则是通过测定某一状态下的某些特定数值来计算表面张力。基于液滴在水平玻片上自然形成形状计算表面张力的静滴法是一种静力学方法，传统的静滴法是根据物理学中的Laplace'sequation(拉普拉斯方程)，通过液滴的轮廓和表面张力的关系进行计算，但计算繁琐，易出错且费时。

奥地利科学家发现声源与观察者之间的相对运动，会使得观察者听到的声音振动频率不同于声源。当声源远离观测者时，声波波长增加，音调变得低沉，但声源接近观测者时，声波的波长减小，音调变高，这种现象被称为多普勒效应，适应于所有类型的波。本发明所采用的多普勒超声仪，是基于超声多普勒技术，利用超声波穿透能力强，衍射程度小等物理特性，并结合多普勒效应，将液滴自由振动的周期性蕴藏超声多普勒频移信号中。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种性价比高、操作简便、节约试剂的基于液滴机械振动的液体表面张力测试方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于液滴机械振动的液体表面张力测试方法，采用多普勒超声探头将自由液滴的表面毛细波振动转换为多普勒频移信号，经计算机信号处理模块收集并进行数据处理，具体包括以下步骤：

(1)在多普勒超声仪的超声探头上放置疏水基片，通过微量注射器产生液滴于疏水基片上；

(2)通过具有自动回弹功能的振动触发装置使液滴发生振动，振动触发装置回弹后，液滴发生自由振动；

(3)超声探头将液滴的自由振动转换为多普勒频移信号并加以放大；

(4)计算机信号处理模块对多普勒频移信号采集得到液滴自由振动特征图，傅里叶变换后得到振动频率特征图，分析振动频率特征图并读取二倍频峰频率；

(5)重复步骤(1)至(4)，测定不同质量液滴的二倍频峰频率，之后以液滴质量的倒数为横坐标，以二倍频峰频率的平方为纵坐标作图拟合直线，求出直线斜率，然后进一步得到液滴表面张力。

进一步地，所述振动触发装置带有具有自动回弹功能的尖端，设于疏水基片的上部。

进一步地，所述振动触发装置的尖端为聚四氟乙烯材质。

进一步地，所述疏水基片与超声探头之间通过凝胶层耦合。

进一步地，所述微量注射器产生液滴的质量为5-20mg。

进一步地，步骤(4)中计算机信号处理模块包括用于数据采集的Audition软件以及用于数据处理的origin软件。

进一步地，步骤(5)计算液滴表面张力所依据的公式为：