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接触角测量仪/水滴角测量仪如何保证仪器的重复性:接触角仪的校准及测值精度问答

众所周知,作为精密测试仪器而言,接触角测量仪以及采用蒸馏水作为探针液体的水滴角测量仪的生命为重复性。同时也显而易见,重复性是考察接触角测量仪好坏的唯一关键指标。

我们在很多文章中均对于接触角的重复性的问题进行了回答,现将相关问题回答进行进一步整理如下:

1、何谓接触角测量仪?接触角测量仪与数码量角器区别在哪里?

美国科诺以及上海梭伦在行业内首次对于接触角测量仪的定义进行了重新描述。我们认为,作为界面化学物性测量的接触角测量仪,其定义应为采用Young-Laplace方程拟合算法,综合表面张力、重力(浮力)、接触角、界面张力等参数测试固液气或固液液三相体系接触角值的测试仪器。从视角来讲,主要分为顶视法和侧视法两种。

Young-Laplace方程拟合法的缺陷在于轴对称假设,即要求测试液滴轮廓的左、右对称。而阿莎算法(ADSA-RealDrop算法)是唯一不需要轴对称即可测试综合表面张力、重力、接触角、界面张力,测试接触角(可应用于3D接触角或动态接触角、前进后退角测试)的方法。

数码量角器是仅仅提供一个WH法(量高法)或圆拟合、椭圆拟合或切线法(二次、三次或复合曲线、Spline插值或真实液滴法(微分算法,上海梭伦所倡导的方法之一))均与表面张力、重力或接触角无关,只是量测液滴轮廓的角度。因而,只能算为数码量角器,而非专业界面化学所用接触角测量仪。

总之,标准的接触角测量仪的判断依据为:(1)阿莎算法;(2)侧视法时是否能够提供相机、样品台各自的水平调整;(3)专业校准工具。

2、何谓接触角测量仪的重复性?

接触角测量仪的重复性是指通过采用阿莎算法后,测试同一探针液体对于同一个样品(可以是时间不同,可以为位置不同)的测值误差或偏差。

3、接触角测量仪的重复性差可能的原因有哪些?

(1)探针液体表面张力变化;

(2)探针液体特别是有机溶剂出现挥发而浓度变化;

(3)探针液体(如达因水等)的表面张力出现三明治效应;

(4)针头或注射器污染;

(5)仪器本身水平度调整缺陷;

(6)数码量角器时进液精度重复性差。

4、水滴角测量仪重复性差的可能原因有哪些?

(1)探针所用蒸馏水的表面张力值有变化;

(2)探针所用蒸馏水污染;

(3)温变化太大;

(4)数码量角器时进液精度重复性差;

其他原因参考接触角测量仪部分。

5、如何从探针液体本身因素考虑校准接触角测量仪的重复性?

事实上,可以通过测试探针液体的表面张力值,特别是蒸馏水的表面张力值来评估探针液体稳定性、是否污染等?

而测试液体表面张力通常采用阿莎算法,理由为只能这个算法可以测试不受针头直径影响的各种表面张力值,而其他的Young-Laplace方程拟合算法通常对针头的直径有要求。特别是接触角测量时,如果是超疏水表面的接触角测量时,由于采用了超细针头(0.2mm),此时对于其他算法只能先换粗针头如2mm直径针头,再换回细针头。如果细针头此时有污染,那么采用粗针头时的表面张力值则无法作为依据。

6、如何从仪器本身本杜绝测值重复性差的问题?

事实上,很长时间采用的玻璃标定板的思路严重影响了接触角测量仪行业对于测试检测的判断。上海梭伦专利的红宝石校准工具,可以测试3D条件下的固定不变红宝石红冠的接触角值,并通过调整样品台和镜头的水平度调整,实现接触角硬件的调校。

可以看出,调校的主要点还是在于如何确保测值时是完全正侧视条件下而不应有俯视条件。因为,俯视条件恰恰是影响接触角测值的关键重要因素。

7、液体量的多少是影响接触角测量仪/水滴角测量仪的重复性的关键因素?

不是。只有数码量角器才会对液体量有非常高的要求,因为,算法中根本无法修正重力的影响。但是,数码量角器时液体量精度达到多少算是完全合格?0.001uL或更低,这就完全没底了。事实情况是,只有通过纳升(电磁阀技术)或皮升(压电陶瓷技术)的喷射针头才可以出现这么低精度的小液滴量控制。而一般的喷射针头(气压式)、注射泵、微量进液器、蠕动泵均无法实现重复性非常高的进液。

这里需要重复一下的观念是,我们不建议采用喷射针头的方式,因为,喷射针头或液体针头是无法测试表面张力值的,而事实上,表面张力值的测定是考察仪器重复性的关键流程。喷射针头本身的目标是解决超疏水液体的测量,但是,由于喷射出来的液滴量较小,对于最二代算法的Young-Laplace方程拟合对于超疏水材料的近圆形轮廓的分析测值很容易出现测值偏大再现(如在一些文章中经常揭示的测值140度以上,该算法偏大10度的现象)。

8、从哪里可以买到接触角测量仪的红宝石检定工具?

可以与美国科诺亚太区投资公司上海梭伦及其代理商联系。目前,美国科诺或上海梭伦仪器用户,采用高端版本,我们在免费赠送红宝石球校准工具。

   
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