本方法參照標準QB／T l323一l991。表面張力是指作用于一個表面并指向相內部的張力，它是由表面的分子與表面下的分子間引力所引起的。

表面張力是液體的，尤其是表面活性劑水溶液的一種基本性質。洗滌劑的主要組分是表面活性劑，表面張力亦是洗滌劑水溶液的一種基本性質。

然而，表面活性劑和洗滌劑溶液的表面張力與其應用特性之間尚無簡單的聯系，所以不能只從表面張力來推測表面活性劑和滌劑溶液的去污、潤濕、起泡、乳化力等。該標準規定了用圓環拉起液膜法測定含一種或幾種表面活性劑的水溶液或有機溶液表面張力的方法。

該標準適用于測定表面活性劑和洗滌劑溶液的表面張力，也適用于測定除了上述溶液以外的純液體或溶液的表面張力。

(一)方法概述

將圓環與測量杯中的待測液體表面相接觸并拉起液膜，測量垂直作用于圓環，使圓環從此表面脫離所需的最大力。

(二)儀器

(1)張力計，能裝圓環，并應包括：

①水平平臺  用微調螺絲可使其垂直上下移動；裝有千分尺能估計0.1mm的垂直位移；

②測力計  能連續測量作用于測量單元上的力，并具有至少0.1mN／m的準確度；

③儀表  用于指示或記錄測力計測量值。

裝置應防震避風。整個儀器要用天平罩保護起來，這有利于減小溫度變化和塵埃污染。

(2)測量單元

①鉑一銥絲圓環，絲直徑為0.3mm，圓環的周長通常在40～60mm，用一鉑絲鐙形環固定在懸桿上(見圖1)。

圖1鉑一銥絲圓環

②測量杯，用來盛待測液體。

測定表面活性劑和洗滌劑溶液的表面張力時，可以用一直徑至少8cm的圓筒形皿。

對于純液體的測定，理想的測量杯是矩形平行六面體小皿，邊長至少8cm；這種形狀有利于用潔凈的玻璃棒或聚四氟乙烯板刮凈液體表面。

(三)操作步驟

1.試樣測定溶液的配制

(1)配制測定溶液用作溶劑的水應是重蒸水，20℃時水的表面張力至少71mN／m。軟木塞和橡皮塞決不能用于制備蒸餾水的蒸餾裝置接口中，或用來塞盛水的容器。

(2)溶液的溫度應精確控制在±0.5℃之內。

(3)因溶液表面張力隨時間而變化，表面活性劑的性質、純度、濃度和吸附傾向，在這些變化中都起著特殊的作用，很難建議一個標準時效周期，所以需要在一段時間內進行幾次測量，作出表面張力對時間的函數曲線，求出其水平部分的位置，即可得到溶液達到平衡狀態的時效，能將表面張力值作為時間的函數記錄下來的自動化儀器非常適合于這種測量。

(4)溶液表面對于大氣塵埃或附近溶劑的蒸汽污染非常敏感，所以不要在進行測定的房間里處理揮發性物品。

(5)建議用移液管從大量液體的中心吸取待測液體的試驗份，因為表面可能易受不溶性粒子或塵埃的污染。

2.清洗測量單元

(1)清洗測量杯  當存在硅酮類污垢，不能用硫酸鉻酸液、磷酸或過硫酸鉀硫酸溶液除去時，可用專門制劑(例如甲苯、全氯乙烯或氫氧化鉀甲醇液)來洗滌測量杯。如不存在這些污垢，或已用專門制劑清洗過，可用熱的硫酸鉻酸液小心洗滌測量杯，然后以濃磷酸[83％～92％(質量分數)]洗滌。

最后用重蒸水沖洗至沖洗液呈中性，重蒸水應是新制備的。

測定前，測量杯需用待測液體沖洗幾次。

(2)清洗圓環如需要，用上條中所述的專門制劑來清洗圓環，如不存在需用這類制劑清洗的污垢，或已用這類制劑清洗過，可用熱的濃硫酸(ρ201.839g／ml)洗滌圓環，然后用重蒸水沖洗至中性。

避免用手指觸摸圓環以及測量杯的內表面。

3.校正張力計

(1)原理通過調整張力計使儀表的指示或記錄直接顯示毫牛頓每米(mN／m)，圓環法不需作浮力校正。

(2)校準程序可用兩種方法進行校準：

①用一系列已知質量的游碼，放在圓環上，調節測力計使其平衡，記下刻度盤讀數。繪制游碼質量倒度盤讀數曲線圖，該曲線在測力計測量范圍內為直線，求出直線的斜率t(g／刻度)。此方法操作雖費時，但是非常準確。

    ②用已知準確表面張力的純物質校準，這種方法較為快速。如需要按下列“測定”條中敘述的程序，調整張力計，直至觀察到的讀數與校準液體的已知值一致。

幾種純有機液體的表面張力值在附錄B中給出。

4.測定(過程圖解見附錄C)

(1)張力計水平調節  在平臺上放一水準儀，調節儀器底板上的水平調節螺絲，直至平臺呈水平。

(2)測定  將盛有待測液體的測量杯放在平臺上，并處于圓環的下方。升高平臺以液面作鏡子，觀察幾乎與液面接觸的圓環的像，檢查圓環的周邊是否水平。

升高平臺使圓環剛一接觸液面即被拉入液體。繼續升高平臺至測力計再次處于平衡。因圓環與液體表面接觸，擾亂了表面層的排列，需等候幾分鐘后再行測定。

緩慢降低平臺直至測力計稍微失去平衡。然后，調節施加于測力計的力以及平臺的位置，隨著環的周邊處于液體自由表面上，測力計恢復平衡。

用微調螺桿降低平臺，同時調節施加于測力計的力，使測力計始終保持平衡，直至連接圓環和液體表面的“膜”破裂。仔細地記下在“膜”破裂瞬間施加的力。

(四)計算

表面張力γ，以毫牛頓每米(mN／m)表示，按式(1)計算

(1)

F=tg x刻度盤讀數

式中    F——當連接圓環與液體表面的“膜”破裂瞬間，或“膜”較低的彎月面脫開瞬間。施加于測力計的力，mN；

f——校正因子，見附錄A表1；

R——圓環的平均半徑，m；

t——校正曲線斜率，g／刻度；

g——重力加速度，m／s²。

測定表面張力的精密度會有很大變化，取決于待測液體的性質和液體對鉑的潤濕力。在能完全潤濕鉑的物理純的液體的情況下，精密度為0.1mN／m。在該標準中，物理純的液體尤指在其表面沒有會影響表面性質的任何外來物質的一種液體。

圖1用圓環測定

試驗報告應包括下列內容：

a.全面鑒定待測樣品所必須的所有資料，包括取樣方法以及表面活性劑溶液的臨界溶度溫度。例如Krafft溫度、環氧乙烷縮合物的混濁溫度等；

b.所用的參考方法(該標準的參考)，以及所用測量杯的直徑；

c.所用水的性質，或者所用溶劑的性質和溶液的濃度；

    d.測定溫度；

    e.從溶液配制到測定時的間隔時間；

f.表面張力隨時間的變化，直至達到平衡；

g.結果和使用的表示方法；

h.本標準未規定的或任選的任何操作細節，以及會影響結果的任何情況。

    附錄A  圓環法的校正因子(f)表(補充件)

用表1查取校正因子廠需先求出復合參數R／r和R³／V，r、R和y的意義及計算說明如下：

R——圓環的平均半徑，mm；

r——圓環鉑絲的半徑，mm；

V——膜破裂前的瞬間高于自由液面的液體體積(見附錄C圖3圖解l0)，cm³，

m——膜破裂前高于自由液面的液體質量，g，m=t ×張力計刻度盤讀數，t的意義見操作步驟3(2)；

D——被測液體的密度，g／cm³；

d——為被測液體的蒸汽所飽和的空氣的密度(在水溶液的情況下，d與水溶液的密度D相比一般可忽略)，g／cm³。

表1鉑環法的校正因子(f)表

附錄B  純有機液體的表面張力值(20℃)(參考件)

    附錄C圓環法測量圖解(參考件)

    圖2中，l至5階段相當于盛有待測液體的測量杯向上移動和圓環浸入液體的瞬間。由1至2階段，圓環高于液體表面(見圖3的圖解1)。

    到2階段時，圓環底部接觸液體表面(見圖3的圖解2)。

    由2至3階段，液體潤濕圓環，液體施拉力F_l于圓環(見圖3的圖解3)。

圖2圓環法力F隨測量單元位移L變化的圖

    由3至4階段，圓環壓緊液體表面，拉力F₁減小，壓力F_p增加(見圖3的圖解4)。到4階段時，圓環通過液體表面。

    由4至5階段，由于圓環上部的潤濕產生拉力F₂，壓力F_p減小。

    由5至6階段，圓環位于液體中(見圖3的圖解5)。

    圖5-9中，6至12階段相當于盛有待測液體的測量杯向下移動和圓環脫離液體的瞬間。

    由6至7階段，圓環仍在液體內(見圖3的圖解6)。

    到7階段時，圓環上部接觸液體表面(見圖3的圖解7)。

    由7至10階段，圓環拉起液膜脫離液體，液體施拉力F于膜(見圖3的圖解8)。  由7至8階段，力F呈線性變化。

    由7至l0階段，液膜形狀繼續變化。

    到9階段，液體施于圓環最大拉力F_max(見圖3的圖解9)。

    到10階段，液膜脫離圓環(見圖3的圖解l0)。

    由10至11階段，薄膜破裂后，拉力F減小。遺留在圓環上的液膜導致剩余力F，(見圖3的圖解11)。

    到11至12階段，圓環完全脫離液體(見圖3的圖解11)。

    附錄D采用說明(參考件)

    IS0304中的6.3.2a規定用已知質量的游碼校準張力計，儀器讀數表示為表面張力)，單位為毫牛頓每米(mN／m)，用(2)式計算

(2)

式中    m——游碼的質量，g；

b——圓環的周長，m，b=4π；

R——圓環的平均半徑，m；

g——重力加速度，m／s²。

按此方式，需在用一系列不同質量的游碼校準后，繪制表面張力／儀器讀數校準曲線，可求得曲線的斜率t，[(mN／m)刻度]。

第(四)項測定結果計算公式應改為

γ=f×t’×儀器讀數  (3)

圖3  圓環法表面張力測量圖解

  有關校正因子廠的參數V應按(4)式求得

(4)

(5)

    該標準未采用華公式，和將儀器讀數換算成以表面張力表示，而直接繪制質量(g)／儀器讀數曲線，保留IS0304中7.1條計算公式，簡化V的計算公式。