專利名稱：可控閉泡式表面張力測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)定液體表面張力的儀器，更具體地說，它是一種可控閉泡式表面張力測(cè)定儀。
眾所周知，測(cè)定表面張力是了解物質(zhì)物理特性的基本手段，更是了解肺表面活性物質(zhì)表面特性的重要手段，目前測(cè)定表面張力的方法主要有表面天平法和泡式表面張力法。表面天平法操作復(fù)雜，受待測(cè)表面溫度、濕度影響大，難以測(cè)量低表面張力。泡式表面張力法雖然操作簡(jiǎn)單省時(shí)，需用標(biāo)本量小，小泡伸縮模擬肺泡的呼吸，比較實(shí)用，但由于氣泡與盛樣品的毛細(xì)管(反應(yīng)室)間存在通路，待測(cè)樣品可能沿著毛細(xì)管內(nèi)壁蔓延以及氣泡與工作液體接觸會(huì)造成氣泡表面待測(cè)樣品的稀釋和損失，使單分子層的穩(wěn)定性較差，樣品在氣泡表面分布均勻的時(shí)間較慢，影響測(cè)試精度。
本實(shí)用新型的目的是提供一種能克服現(xiàn)有技術(shù)上述缺陷的新型的可控閉泡式表面張力測(cè)定儀，它能避免待測(cè)樣品的一切可能的擴(kuò)散和稀釋，保持單分子層有較好的穩(wěn)定性，能測(cè)量出低的甚至趨近于零的表面張力。
根據(jù)J.DMalcolm和C.D.Elliott在TheCanadianJournalofChemicalEngineeringVol.58P151～1531980發(fā)表的“Interfacialtensionfromheightanddiameterofsingleprofiledroporcaptivebubble”中披露的已得到公認(rèn)的研究結(jié)果，在液體中形成的對(duì)稱氣泡，當(dāng)其曲率半徑比膜厚足夠大時(shí)，表面張力r可用下式表示
r＝△p.g［H／G(H／D)］2式中△p－氣泡內(nèi)外物質(zhì)的密度差g－重力加速度G(H／D)＝C1＋C2(H／D)＋C3(H／D)2＋C4(H／D)3＋C5(H／D)4C1～C5－常數(shù)，當(dāng)D／H＝1.14～10.23范圍內(nèi)時(shí)C1＝1.865190 C2＝2.807066C3＝－9.430927 C4＝8.669726C5＝－3.660622H－氣泡高度D－氣泡直徑由上式可見，只要測(cè)出氣泡高度H和直徑D，無須測(cè)量壓力即可測(cè)算出溶液的表面張力。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在參閱大量有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，率先將J.D.Malcolm和C.D.Elliott的上述研究成果付諸實(shí)施，將復(fù)雜的表面張力測(cè)量簡(jiǎn)化為測(cè)量氣泡的高度和直徑。實(shí)施測(cè)量時(shí)，用1％瓊脂糖巧妙地設(shè)置了一個(gè)并不與氣泡直接接觸的支撐面，使整個(gè)氣泡為待測(cè)溶液所包圍，并將極易得到的5ml注射器和20ml注射器，加上特殊設(shè)計(jì)的密封環(huán)，分別用作封閉式氣泡室和壓力調(diào)節(jié)裝置，保證在加壓過程中不漏氣，徹底避免了待測(cè)樣品可能的擴(kuò)散和吸釋，從而可以高靈敏度、高精確度地測(cè)量表面張力。
下面將參照附圖和最佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)地說明。


圖1是可控閉泡式表面張力測(cè)定儀總體結(jié)構(gòu)示意圖圖2是表示各部件相互配置關(guān)系的示意性平面圖3是密閉式氣泡室的剖視圖；圖4是卡座結(jié)構(gòu)圖；圖5是壓力調(diào)整裝置的剖視圖。
由圖1可見，氣泡室1用卡座2固定在水槽8的頂蓋3上，頂蓋3蓋到水槽上時(shí)，它即處于水槽中，氣泡室上部有凝結(jié)在頂面的凝膠狀瓊脂糖4，下部為待測(cè)溶液7，氣泡6在瓊脂糖4與待測(cè)溶液7的交界面處，并被待測(cè)溶液膜所包圍。用壓力調(diào)節(jié)裝置16可以連續(xù)地加壓和減壓使氣泡壓縮和擴(kuò)張，從而改變氣泡的體積和表面積，所加壓力可用市售的帶數(shù)字顯示的壓力傳感器15(如MOTOROLA公司的MPX200－GP型壓力傳感器)監(jiān)測(cè)。封閉式氣泡室1通過硬導(dǎo)管12與壓力調(diào)節(jié)裝置16和帶數(shù)字顯示的壓力傳感器15相連通。用市售的可調(diào)光源19(如北京電子設(shè)備廠生產(chǎn)的6V／30W鹵素?zé)粽{(diào)壓照明器)調(diào)整待測(cè)樣品亮度。用市售的可作三維調(diào)節(jié)的顯微鏡5(如北京電子光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的XTL－1型帶萬向輪的顯微鏡)測(cè)量氣泡6的直徑D和高度H，從而可求出表面張力。
測(cè)試要在規(guī)定溫度下進(jìn)行，用市售的帶溫度傳感器10的溫度控制器9(如日本OMRON公司的E5LD－2型帶溫度傳感器的溫度控制器)控制加熱棒17(如廣東鎮(zhèn)東電子廠生產(chǎn)的HZ50－8OW型加熱棒)加熱調(diào)節(jié)水槽內(nèi)的水溫。加熱棒17借助上檔環(huán)18和下托環(huán)13固定在水槽中，并與溫度控制器9相連。上檔環(huán)18的內(nèi)徑略大于加熱棒外徑，下托環(huán)13的內(nèi)徑小于加熱棒的外徑，它們可用金屬、塑料等不與水起反應(yīng)的材料制作，可用任何方法借助水槽壁固定在水槽中規(guī)定位置處。溫度控制器9的溫度傳感器10借助于托架11托承在水槽8中，托架11為其上有一小于傳感器10外徑的小孔的圓板，可用金屬、塑料等不與水起反應(yīng)的材料制作，可用任何方法借助于水槽壁或底固定在水槽中予定位置處。在水槽8的后側(cè)內(nèi)壁上固定有市售的潛水泵20(如廣東南海縣沙頭微型水泵廠生產(chǎn)的QYF永磁封閉式微型潛水泵)用來攪拌以保持水槽內(nèi)水溫均勻。
圖2是表示各部件相互配置關(guān)系的示意性平面圖，它示出水槽的形狀和各部件在水槽中的位置，水槽是一個(gè)容積至少為300cm3的容器，前后兩面為透明玻璃材料，其它面為可耐100℃水溫的材料，水槽也可根據(jù)需要做成其它形狀，水槽有一適當(dāng)厚度的用塑料、金屬等制成的蓋，蓋上有與各部件位置相應(yīng)的孔，各部件在水槽中的位置，只要便于測(cè)試也可有其它排列。
封閉式氣泡室1的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是用一支5ml注射器改造而成。21為針筒，22為針?biāo)?，用螺?3和螺母25將密封墊圈26緊貼針?biāo)?2壓封在針筒頂端，保證針筒密封，為避免夾碎針筒，在螺栓23和針筒21的頂沿之間加有橡膠墊圈24。
固定氣泡室1用的卡座2的結(jié)構(gòu)如圖4所示。27為固定座，可通過粘接或其它方法固定到水槽8的頂蓋3的相應(yīng)的孔上，將圖3所示的已裝配密封好的氣泡室1插入固定座27，用螺釘28將螺管29固定在固定座27上。螺帽30之外螺紋與螺管29螺紋配合，螺帽30之內(nèi)螺紋與頂桿31螺紋配合，頂桿下旋頂住針?biāo)ㄊ怪潭ú粍?dòng)。32為設(shè)置在螺管29上的可由其看到內(nèi)部氣泡室的長(zhǎng)槽。
壓力調(diào)節(jié)裝置16的結(jié)構(gòu)如圖5所示，它是用一支20ml的注射器改造而成。33為針筒，34為針?biāo)?，螺?5與固定螺管36螺紋連接，使針筒33與固定螺管36的一端連成一體。螺母37與推進(jìn)桿38螺紋連接，使針?biāo)?4與推進(jìn)桿38連成一體。固定螺管36的另一端與針?biāo)ㄍ七M(jìn)螺母40之間焊接固定。針?biāo)ㄍ七M(jìn)螺栓39與針?biāo)ㄍ七M(jìn)螺母40之間螺紋連接，將39旋至頂?shù)?8的臺(tái)階面A，再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)可通過推進(jìn)桿38推動(dòng)針?biāo)ㄇ斑M(jìn)，針?biāo)ê笸寺菽?2與推進(jìn)桿38之間螺紋連接，旋轉(zhuǎn)42頂?shù)街螇|圈41后，再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，即可將推進(jìn)桿38向后拉，從而使針?biāo)?4后退。針?biāo)?4前進(jìn)或后退使氣道加壓或減壓，其出口與硬導(dǎo)管連接，并通過三通管14與壓力傳感器15相通。
使用本實(shí)用新型可控閉泡式表面張力測(cè)定儀時(shí)，在測(cè)量之前應(yīng)先配制1％的瓊脂糖溶液，加熱使之全部溶解后，滴入氣泡室中，冷凝后形成一個(gè)防漏，使氣泡室壁不與氣泡的氣液表面相接觸的支撐面4，然后注入1－2ml待測(cè)樣品7，再用微量注射器注入一個(gè)3μl氣泡6，使氣泡位于支撐面的中央，最后將氣泡室與測(cè)控壓力的氣道連接起來。利用壓力調(diào)節(jié)裝置16使氣泡連續(xù)壓縮和擴(kuò)張兩次后，再在將氣泡壓縮到最小時(shí)，用讀數(shù)顯微鏡7測(cè)量被控閉氣泡6的直徑D和高度H，利用上述公式算出最小表面張力，然后再將氣泡擴(kuò)張到最大時(shí)，同樣用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量被控閉氣泡的直徑D和高度H，也用上述公式算出最大表面張力，用這種方法可以測(cè)量出不同壓縮情況下的表面張力。
曾用本儀器在37℃下對(duì)蒸餾水、50％乙醇溶液和我們自己配制的3mg／ml牛肺表面活性劑樣品進(jìn)行了表面張力測(cè)量，測(cè)得的結(jié)果及其標(biāo)準(zhǔn)值列表如下樣品名稱氣泡壓縮比表面張力均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值蒸餾水(n＝16)100％71.4081.1121.56％71
50％乙醇溶液100％36.5960.7301.99％33.97～37.973mg／ml(n＝5)▲100％25.1660.2941.17％＜303mg／ml(N＝5)▲40％0.8300.0273.17％＜30＊?dú)馀輭嚎s比指氣泡大小占原始體積的百分?jǐn)?shù)▲我們自制的牛肺表面活性劑由上表可見，測(cè)得的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致或在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。
本儀器可以很快地(在20秒內(nèi))使待測(cè)樣器均勻地分布在氣泡表面上，使表面呈現(xiàn)低表面張力。小泡的氣液表面完全被待測(cè)樣品所包圍。不存在氣泡液膜擴(kuò)散和稀釋的問題，因而能簡(jiǎn)單準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，特別適用于測(cè)量低表面張力。還由于小泡完全封閉在待測(cè)液體內(nèi)，避免了外界因素的影響，可長(zhǎng)時(shí)間的保持液膜的穩(wěn)定，有利于檢測(cè)表面活性劑的穩(wěn)定性功能。與同類儀器相比，本儀器造價(jià)低廉，因而為肺表面活性劑藥品的質(zhì)量控制，肺表面活性物質(zhì)的研究和了解物質(zhì)的物理特性提供了切實(shí)可行的手段。
權(quán)利要求1.一種可控閉泡式表面張力測(cè)定儀，其特征在于它由水槽(8)、固定在水槽(8)的頂蓋(3)上的氣泡室(1)、加熱棒(17)、溫度傳感器(10)、潛水泵(20)、壓力調(diào)節(jié)裝置(16)、檢測(cè)氣泡室壓力的帶數(shù)字顯示的壓力傳感器(15)、控制加熱泵加熱溫度的溫度控制器(9)、光源(19)和顯微鏡(5)組成，氣泡室(1)位于水槽中，通過硬導(dǎo)管(12)和三通管(14)與壓力調(diào)節(jié)裝置(16)和壓力傳感器(15)相連，加熱棒(17)借助上檔環(huán)(18)和下托環(huán)(13)固定在水槽中并與溫度控制器(9)相連，溫度控制器(9)的溫度傳感器(10)用托架(11)托承在水槽中，潛水泵(20)置于水槽中。
2.按照權(quán)利要求1所說的可控閉泡式表面張力測(cè)定儀，其特征在于所說的氣泡室是用5ml注射器改造而成，螺栓(23)和螺母(25)將密封墊圈(26)緊貼針?biāo)?22)壓封在針筒(21)的頂端，保證針筒密封。
3.按照權(quán)利要求1所說的可控閉泡式表面張力測(cè)定儀，其特征在于所說的壓力調(diào)節(jié)裝置是用20ml注射器改造而成，螺栓(35)與固定螺管(36)螺紋連接使針筒(33)與固定螺管(36)一端連成一體，螺母(37)與推進(jìn)桿(38)螺紋連接，使針?biāo)?34)與推進(jìn)桿(38)連成一體，固定螺管(36)的另一端與針?biāo)ㄍ七M(jìn)螺母(40)焊接在一起，針?biāo)ㄍ七M(jìn)螺栓(39)與針?biāo)ㄍ七M(jìn)螺母(40)螺紋連接，針?biāo)ê笸寺菽?42)與推進(jìn)桿(38)之間螺紋連接。
專利摘要一種可控閉泡式表面張力測(cè)定儀，它由置于水槽中的氣泡室、加熱棒、溫度傳感器、潛水泵和水槽外部的與氣泡室相連的壓力調(diào)節(jié)裝置、檢測(cè)氣泡室壓力的帶數(shù)字顯示的壓力傳感器、控制加熱棒加熱的溫度控制器、光源和顯微鏡組成。它的小泡氣液表面完全被待測(cè)樣品所包圍，避免了氣泡液膜的擴(kuò)散和稀釋，因而能迅速而準(zhǔn)確地測(cè)量表面張力，特別適用于測(cè)量低表面張力。本儀器為肺表面活性劑藥品質(zhì)量控制、肺表面活性物質(zhì)的研究和了解物質(zhì)的物理特性提供了切實(shí)可行的手段。
文檔編號(hào)G01N13/00GK2206959SQ9420078
公開日1995年9月6日 申請(qǐng)日期1994年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月24日
發(fā)明者董聲煥, 鄧淵 申請(qǐng)人:首都兒科研究所