接觸角儀幾何算法及圓法、橢圓法優(yōu)缺點(diǎn)

幾何算法采用一條直線(xiàn)傾斜并判斷其是否相切于液滴輪廓的方式分析接觸角值。而寬高法則假設液滴輪廓符合一個(gè)圓弧曲線(xiàn)，即假設液滴為球冠的一部分。因而，寬高法有時(shí)也被稱(chēng)為小球完法。此時(shí)，通過(guò)圓弧的寬與高，并采用反三角函數計算出接觸角值。

幾何算法優(yōu)勢在于：

（1）被發(fā)現并使用的時(shí)間長(cháng)；

（2）測試不需要復雜的儀器，人眼觀(guān)測即可。

（3）采用軟件全自動(dòng)測試時(shí)，速度快。

幾何算法缺陷包括：

（1）測值誤差大，重復性不好，精度不高，量角器法通常為2度甚至更高，寬高法時(shí)為1度左右；

（2）易受噪聲點(diǎn)影響，特別是采用寬高法自動(dòng)分析時(shí)，背景的噪聲會(huì )明顯影響到測值結果；

（3）受人為因素影響較大，特別是量角器法，每個(gè)人的判斷依據均不同，因而無(wú)法形成一個(gè)可接受的共識結果。而寬高法在像素的選擇時(shí)，因判斷像素點(diǎn)少，精度很難達到很高；

（4）受液滴體積的影響。因其小球冠的前提假設，大液滴明顯存在重力影響，測值結果存在偏差。還有一個(gè)不被重視的情況為，在接觸角大于80度或超疏水材料（150度以上）時(shí)，事實(shí)上小液滴（2uL或1uL），液滴形狀也因重力而改變。

圓法、橢圓法：具體測試過(guò)程為：拍攝液滴輪廓圖像，采用圖像識別技術(shù)擬合圖像的邊緣，提取邊緣曲線(xiàn)的坐標，將坐標曲線(xiàn)與曲線(xiàn)方程進(jìn)行最小二乘擬合，從而得到最終的方程曲線(xiàn)。在得到曲線(xiàn)方程后，在接觸的兩端點(diǎn)處求導并進(jìn)而得到接觸角值。

圓法、橢圓法算法的優(yōu)點(diǎn)：

易被理解和接受。本系列算法涉及的專(zhuān)業(yè)知識有限，只涉及簡(jiǎn)單的幾何以及高數知識，所以，易于被使用者所理解；

測試精度較高，通常而言，在控制液滴量的情況下，且擬合曲線(xiàn)與輪廓曲線(xiàn)重合度高時(shí)，精度可達0.5°(圓擬合或橢圓擬合)；

圓擬合法以及橢圓擬合法不易受背景噪聲點(diǎn)影響，自動(dòng)擬合的成功率較高。特別是圓擬合法，在5度以?xún)鹊慕佑|角測試時(shí)。

圓法、橢圓法算法的缺點(diǎn)：

受液滴大小或重力影響較大，特別是圓擬合法；

橢圓擬合法擬合10度以?xún)冉佑|角值以及特殊情況下的接觸角值（如150度以上超疏水材料的接觸角值等，此時(shí)的重力影響已經(jīng)影響到輪廓，特別是中心線(xiàn)以下的輪廓與以上部分不再對稱(chēng)時(shí)）；

無(wú)法真實(shí)表征界面化學(xué)現象，如化學(xué)多樣性、重力的體現、界面化學(xué)的三明治效應等；

無(wú)法擬合非軸對稱(chēng)圖像，除橢圓能夠擬合部分非軸對稱(chēng)的圖像以及切線(xiàn)法外。