Du Noüy–Padday-metoden

Du Noüy–Padday-metoden är en minimerad version av du Noüy-ringmetoden som ersätter den stora platinaringen med en tunn stång som används för att mäta jämviktsytspänning eller dynamisk ytspänning vid ett luft-vätskegränssnitt. I denna metod är stången orienterad vinkelrätt mot gränsytan, och kraften som utövas på den mäts. Baserat på Paddays arbete, finner denna metod stor användning vid beredning och övervakning av Langmuir–Blodgett-filmer , bläck- och beläggningsutveckling, farmaceutisk screening och akademisk forskning.

Detaljerad beskrivning

Du Noüy Padday-spöet består av ett spö som vanligtvis är i storleksordningen några millimeter i kvadrat som gör en liten ring. Stången är ofta gjord av ett kompositmetallmaterial som kan vara uppruggat för att säkerställa fullständig vätning vid gränsytan. Staven rengörs med vatten, alkohol och en låga eller med stark syra för att säkerställa fullständigt avlägsnande av ytaktiva ämnen. Staven fästs på en våg eller våg via en tunn metallkrok. Padday-metoden använder metoden för maximal dragkraft, dvs den maximala kraften på grund av ytspänningen registreras när sonden först sänks ned ca. en mm in i lösningen och dras sedan långsamt ut från gränssnittet. De huvudsakliga krafterna som verkar på en sond är flytkraften (på grund av volymen vätska som förskjuts av sonden) och massan av menisken som fäster vid sonden. Detta är en gammal, pålitlig och väldokumenterad teknik.

En viktig fördel med tekniken med maximal dragkraft är att den vikande kontaktvinkeln på sonden i praktiken är noll. Den maximala dragkraften erhålls när flytkraften når sitt minimum,

Ytspänningsmätningen som används i Padday-enheterna baserade på du Noüy-metoden för ring/maximal dragkraft förklaras ytterligare här:

Kraften som verkar på sonden kan delas in i två komponenter:

i) Flytkraft som härrör från volymen som förskjuts av sonden, och

ii) massan av menisken av vätskan som fäster vid sonden.

Den senare är i jämvikt med ytspänningskraften, dvs

\tau _{p}\gamma \cos \theta =m_{m}g

var

$\tau _{p}$ är sondens omkrets,
$m_{m}$ är ytspänningen och vikten av menisken under sonden. I den situation som betraktas här ingår volymen som förskjuts av sonden i menisken.
$\theta$ är kontaktvinkeln mellan sonden och lösningen som mäts, och är försumbar för majoriteten av lösningarna med Kibrons sonder.

Således är kraften som mäts av balansen given av

\displaystyle F_{p}=m_{m}g+F_{flytkraft}=\ tau _{p}\gamma \ +F_{flytkraft}}

var

$F_{p}$ är kraften som verkar på sonden och
$F_{flytkraft}$ är kraften som beror på flytkraft.

Vid lösgöringspunkten försvinner volymen av sonden som är nedsänkt i lösningen, och därmed även flytkraften. Detta observeras som ett maximum i kraftkurvan, som relaterar till ytspänningen genom

\gamma ={\frac {F_{max}}{\tau _{p}}}

Ovanstående härledning gäller för idealiska förhållanden. Icke-idealiteter, t.ex. från defekt sondform, kompenseras delvis i kalibreringsrutinen med en lösning med känd ytspänning.

Fördelar och övning

Till skillnad från en du Noüy-ring krävs inga korrektionsfaktorer vid beräkning av ytspänningar. På grund av sin lilla storlek kan stången användas i instrument med hög genomströmning som använder en 96-brunnars platta för att bestämma ytspänningen. Den lilla diametern på staven gör att den kan användas i en liten volym vätska med 50 $\mu$ l prover som används i vissa enheter.

Dessutom tillåter staven även användning för Wilhelmy-metoden eftersom staven inte tas bort helt under mätningar. För detta kan den dynamiska ytspänningen användas för noggrann bestämning av ytkinetik på ett brett spektrum av tidsskalor.

Padday-tekniken erbjuder också låg operatörsvariation och behöver inte ett antivibrationsbord. Denna fördel gentemot andra enheter gör att Padday-enheterna lätt kan användas i fält. Stången när den är gjord av kompositmaterial är också mindre benägen att böjas och därför billigare än den dyrare platinastaven som erbjuds i du Noüy-metoden.

I ett typiskt experiment sänks staven med hjälp av en manuell eller automatisk anordning till ytan som analyseras tills en menisk bildas, och höjs sedan så att stavens nedre kant ligger på den ostörda ytans plan. En nackdel med denna teknik är att den inte kan gräva ner stången i ytan för att mäta gränsytspänningen mellan två vätskor.

Praktiska användningsområden

Den praktiska användningen av ett instrument som använder en enda sond är att det möjliggör utveckling av en högkapacitetsenhet. En ytspänningsanordning med hög genomströmning kan användas för formulering i realtid för att förstå penetrationen av läkemedel i blod- hjärnbarriären (BBB), förstå lösligheten av läkemedel, utveckling av en skärm för att testa ett läkemedels toxicitet, bestämma de fysikalisk-kemiska egenskaperna av oxiderade fosfolipider, och utveckling av nya ytaktiva ämnen/polymerer.

Penetrering av läkemedel i BBB

Den fysikalisk-kemiska profileringen av svårlösliga läkemedelskandidater utförs med hjälp av en HTS- ytspänningsanordning. Tillåten förutsägelse av penetration genom blod-hjärnbarriären .

Utveckling av en skärm för att testa ett läkemedels toxicitet

En korrelation med läkemedelslipidkomplex korrelerades med ytspänningsanordning med hög genomströmning för att förutsäga fosfolipidos i särskilt katjoniska läkemedel.

Förstå lösligheten av läkemedel

Läkemedelslöslighet har tidigare gjorts med shakermetoden. En 96-brunnars högkapacitetsanordning har möjliggjort utveckling av en ny metod för att testa läkemedel.

Oxiderade fosfolipider

De fysikalisk-kemiska egenskaperna hos oxiderade lipider karakteriserades med användning av en högkapacitetsanordning. Eftersom dessa oxiderade lipider är dyra och endast tillgängliga i små mängder är en ytspänningsanordning som endast kräver en liten mängd volym bättre.

Utveckling av nya ytaktiva ämnen/polymerer

Ytspänningsprofilerna för de grenade sampolymerlösningarna utfördes med användning av en HTS yttensiometer som en funktionspolymerkoncentration för att producera pH-utlösta aggregationsemulsionsdroppar.

Se även