液體表面張力是液體的重要性質(zhì)，在常溫體系中，用它可以確定表面活性并計算表面活性劑在溶液表面的吸附量。測定表面張力的方法很多，按測量原理可分為動(dòng)力學(xué)法和靜力學(xué)法，動(dòng)力學(xué)法是通過(guò)測量決定某一過(guò)程的數值來(lái)計算表面張力，而靜力學(xué)法則是通過(guò)測定某一狀態(tài)下的某些特定數值來(lái)計算表面張力?；谝旱卧谒讲Ｆ献匀恍纬尚螤钣嬎惚砻鎻埩Φ撵o滴法是一種靜力學(xué)方法，傳統的靜滴法是根據物理學(xué)中的Laplace's equation(拉普拉斯方程)，通過(guò)液滴的輪廓和表面張力的關(guān)系進(jìn)行計算，但計算繁瑣，易出錯且費時(shí)。

奧地利科學(xué)家發(fā)現聲源與觀(guān)察者之間的相對運動(dòng)，會(huì )使得觀(guān)察者聽(tīng)到的聲音振動(dòng)頻率不同于聲源。當聲源遠離觀(guān)測者時(shí)，聲波波長(cháng)增加，音調變得低沉，但聲源接近觀(guān)測者時(shí)，聲波的波長(cháng)減小，音調變高，這種現象被稱(chēng)為多普勒效應，適應于所有類(lèi)型的波。本發(fā)明所采用的多普勒超聲儀，是基于超聲多普勒技術(shù)，利用超聲波穿透能力強，衍射程度小等物理特性，并結合多普勒效應，將液滴自由振動(dòng)的周期性蘊藏超聲多普勒頻移信號中。

基于液滴機械振動(dòng)的液體表面張力測試方法技術(shù)方案：

一種基于液滴機械振動(dòng)的液體表面張力測試方法，采用多普勒超聲探頭將自由液滴的表面毛細波振動(dòng)轉換為多普勒頻移信號，經(jīng)計算機信號處理模塊收集并進(jìn)行數據處理，具體包括以下步驟：

(1)在多普勒超聲儀的超聲探頭上放置疏水基片，通過(guò)微量注射器產(chǎn)生液滴于疏水基片上；

(2)通過(guò)具有自動(dòng)回彈功能的振動(dòng)觸發(fā)裝置使液滴發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)觸發(fā)裝置回彈后，液滴發(fā)生自由振動(dòng)；

(3)超聲探頭將液滴的自由振動(dòng)轉換為多普勒頻移信號并加以放大；

(4)計算機信號處理模塊對多普勒頻移信號采集得到液滴自由振動(dòng)特征圖，傅里葉變換后得到振動(dòng)頻率特征圖，分析振動(dòng)頻率特征圖并讀取二倍頻峰頻率；

(5)重復步驟(1)至(4)，測定不同質(zhì)量液滴的二倍頻峰頻率，之后以液滴質(zhì)量的倒數為橫坐標，以二倍頻峰頻率的平方為縱坐標作圖擬合直線(xiàn)，求出直線(xiàn)斜率，然后進(jìn)一步得到液滴表面張力。

所述振動(dòng)觸發(fā)裝置帶有具有自動(dòng)回彈功能的尖端，設于疏水基片的上部。

所述振動(dòng)觸發(fā)裝置的尖端為聚四氟乙烯材質(zhì)。

所述疏水基片與超聲探頭之間通過(guò)凝膠層耦合。

所述微量注射器產(chǎn)生液滴的質(zhì)量為5-20mg。

步驟(4)中計算機信號處理模塊包括用于數據采集的Audition軟件以及用于數據處理的origin軟件。

步驟(5)計算液滴表面張力所依據的公式為：

其中，fn為液滴表面波的振動(dòng)頻率，從振動(dòng)頻率特征圖中獲得，n為液滴的振動(dòng)模式，m為液滴的質(zhì)量，γLV為液滴表面張力。

本文所使用的方法是基于Lamb公式和Noblin提出的關(guān)于表面毛細波的色散性和質(zhì)量之間的關(guān)系，通過(guò)一系列計算得到液滴表面張力。當液滴放置在與它不潤濕的基片上并發(fā)生自由振動(dòng)時(shí)，若其表面波的波長(cháng)較小，則表面張力起主導作用。

多普勒超聲儀是由超聲發(fā)射器發(fā)出連續超聲，當遇到自由振動(dòng)的液滴，反射回來(lái)的超聲已是改變了頻率的連續超聲，它被反射超聲接收器接受并轉為電信號，此信號與儀器的高頻振蕩器產(chǎn)生的信號混頻以后，經(jīng)高頻放大器放大，然后解調出差頻信號。多普勒超聲儀的超聲探頭采用非聚焦連續波多普勒原理，超聲探頭由與疏水基片耦合的超聲換能器及電路部分組成，它將液滴的特征自由振動(dòng)通過(guò)多普勒頻移原理轉化為特征頻移信號并加以放大。

采用多普勒超聲儀的探頭，提供了穩定的表面波信號解調系統，減少空間尺寸，基于簡(jiǎn)單計算公式對振動(dòng)頻率進(jìn)行分析并計算表面張力，設備造價(jià)低，儀器性?xún)r(jià)比高；操作簡(jiǎn)便、省時(shí)，能快速取得準確可靠的結果；測量范圍廣；試劑用量少，原則上只需要幾十微升液體即可；可以進(jìn)行連續的表面張力測定；具有觸發(fā)振動(dòng)作用的聚四氟乙烯尖端對形成的表面施加的影響較小，表面張力的測量精度主要取決于頻率的測量精度。