Metoda Du Noüy-Padday

Metoda du Noüy-Padday to zminimalizowana wersja metody pierścienia du Noüy, w której duży platynowy pierścień zastąpiono cienkim prętem, który jest używany do pomiaru równowagowego napięcia powierzchniowego lub dynamicznego napięcia powierzchniowego na granicy faz powietrze-ciecz. W tej metodzie pręt jest zorientowany prostopadle do interfejsu i mierzona jest wywierana na niego siła. Metoda ta, oparta na pracach Paddaya, znajduje szerokie zastosowanie w przygotowywaniu i monitorowaniu filmów Langmuira-Blodgetta , opracowywaniu tuszu i powłok, badaniach przesiewowych farmaceutycznych i badaniach akademickich.

Szczegółowy opis

Wędka du Noüy Padday składa się z pręta zwykle rzędu kilku milimetrów kwadratowych tworzącego mały pierścień. Pręt jest często wykonany z metalowego materiału kompozytowego, który można zszorstkować, aby zapewnić całkowite zwilżenie na styku. Pręt jest czyszczony wodą, alkoholem i płomieniem lub mocnym kwasem, aby zapewnić całkowite usunięcie środków powierzchniowo czynnych. Pręt jest przymocowany do wagi lub wagi za pomocą cienkiego metalowego haczyka. Metoda Padday wykorzystuje metodę maksymalnej siły ciągnącej, tj. rejestruje się maksymalną siłę wynikającą z napięcia powierzchniowego, gdy sonda jest najpierw zanurzana ok. jeden mm do roztworu, a następnie powoli wyjęty z interfejsu. Głównymi siłami działającymi na sondę są siła wyporu (spowodowana objętością cieczy wypartej przez sondę) oraz masa menisku przylegającego do sondy. Jest to stara, niezawodna i dobrze udokumentowana technika.

Ważną zaletą techniki maksymalnej siły ciągnącej jest to, że cofający się kąt zwilżania sondy jest faktycznie zerowy. Maksymalną siłę ciągnięcia uzyskuje się, gdy siła wyporu osiąga swoje minimum,

Pomiar napięcia powierzchniowego stosowany w urządzeniach Padday w oparciu o metodę pierścienia du Noüy/maksymalnej siły przyciągania jest dalej wyjaśniony tutaj:

Siłę działającą na sondę można podzielić na dwie składowe:

i) wyporu wynikającego z objętości wypartej przez sondę oraz

ii) masy menisku cieczy przylegającej do sondy.

Ta ostatnia jest w równowadze z siłą napięcia powierzchniowego, tj

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

Gdzie

${\ Displaystyle \ tau _ {p}}$ to obwód sondy,
${\ Displaystyle m_ {m}}$ to napięcie powierzchniowe i ciężar menisku pod sondą. W rozpatrywanej sytuacji objętość wyparta przez sondę jest zawarta w menisku.
${\ displaystyle \ theta}$ to kąt zwilżania między sondą a mierzonym roztworem, który jest pomijalny dla większości roztworów z sondami Kibrona.

Zatem siła mierzona przez wagę jest dana przez

{\ Displaystyle F_ {p} = m_ {m} g + F_ {wyporność} = \ tau _{p}\gamma \ +F_{wyporność}}

Gdzie

${\ Displaystyle F_ {p}}$ jest siłą działającą na sondę i
${\ Displaystyle F_ {wyporność}}$ jest siłą wynikającą z wyporu.

W punkcie oderwania zanika objętość sondy zanurzonej w roztworze, a co za tym idzie również człon wyporu. Jest to obserwowane jako maksimum na krzywej siły, która odnosi się do napięcia powierzchniowego

{\ Displaystyle \ gamma = {\ Frac {F_ {max}}} {\ tau _ {p}}}}

Powyższe wyprowadzenie obowiązuje dla warunków idealnych. Nieidealności, np. wynikające z wadliwego kształtu sondy, są częściowo kompensowane w procedurze kalibracji przy użyciu roztworu o znanym napięciu powierzchniowym.

Zalety i praktyka

W przeciwieństwie do pierścienia du Noüy, przy obliczaniu napięć powierzchniowych nie są wymagane żadne współczynniki korygujące. Dzięki niewielkim rozmiarom pręt może być stosowany w urządzeniach o dużej przepustowości, które wykorzystują płytkę 96-dołkową do określania napięcia powierzchniowego. Mała średnica pręta pozwala na jego użycie w małej objętości cieczy, przy czym w niektórych urządzeniach stosuje się 50 ${\ displaystyle \ mu} l próbek.$

Ponadto pręt pozwala również na zastosowanie metody Wilhelmy'ego, ponieważ pręt nie jest całkowicie wyjmowany podczas pomiarów. W tym celu dynamiczne napięcie powierzchniowe można wykorzystać do dokładnego określenia kinetyki powierzchniowej w szerokim zakresie skal czasowych.

Technika Padday zapewnia również niewielką zmienność operatora i nie wymaga stołu antywibracyjnego. Ta przewaga nad innymi urządzeniami pozwala na łatwe użytkowanie urządzeń Padday w terenie. Pręt wykonany z materiału kompozytowego jest również mniej podatny na zginanie, a zatem tańszy niż droższy pręt platynowy oferowany w metodzie du Noüy.

W typowym eksperymencie pręt opuszcza się za pomocą ręcznego lub automatycznego urządzenia na analizowaną powierzchnię do momentu powstania menisku, a następnie podnosi tak, aby dolna krawędź pręta leżała na płaszczyźnie niezakłóconej powierzchni. Wadą tej techniki jest to, że nie można zakopać pręta w powierzchni, aby zmierzyć napięcie międzyfazowe między dwiema cieczami.

Praktyczne zastosowania

Praktyczne zastosowania instrumentu wykorzystującego pojedynczą sondę polegają na tym, że pozwala on na opracowanie urządzenia o dużej przepustowości. Wysokowydajne urządzenie do pomiaru napięcia powierzchniowego może być wykorzystywane do formułowania w czasie rzeczywistym w celu zrozumienia przenikania leków przez barierę krew-mózg (BBB) , zrozumienia rozpuszczalności leków, opracowania ekranu do badania toksyczności leków, określenia właściwości fizykochemicznych utlenionych fosfolipidów i opracowanie nowych środków powierzchniowo czynnych/polimerów.

Penetracja leków w BBB

Profilowanie fizykochemiczne słabo rozpuszczalnych kandydatów na leki przeprowadzone za pomocą urządzenia do pomiaru napięcia powierzchniowego HTS . Dozwolone przewidywanie przenikania przez barierę krew-mózg .

Opracowanie ekranu do badania toksyczności leków

Korelację z kompleksami lek-lipid skorelowano z wysokowydajnym urządzeniem do pomiaru napięcia powierzchniowego, aby przewidzieć fosfolipidozę w określonych lekach kationowych.

Zrozumienie rozpuszczalności leków

Rozpuszczalność leku była wcześniej oznaczana metodą wytrząsarki. 96-dołkowe urządzenie o dużej przepustowości umożliwiło opracowanie nowej metody testowania leków.

Utlenione fosfolipidy

Właściwości fizykochemiczne utlenionych lipidów scharakteryzowano za pomocą urządzenia o dużej przepustowości. Ponieważ te utlenione lipidy są drogie i dostępne tylko w małych ilościach, lepsze jest urządzenie do pomiaru napięcia powierzchniowego wymagające tylko niewielkiej objętości.

Rozwój nowych środków powierzchniowo czynnych/polimerów

Profile napięcia powierzchniowego roztworów rozgałęzionych kopolimerów wykonano za pomocą tensjometru powierzchniowego HTS jako funkcji stężenia polimeru w celu wytworzenia kropli emulsji agregującej wyzwalanej przez pH.

Zobacz też