Tropfenkonturanalyse

Die Tropfenkonturanalyse (Drop Shape Analysis, DSA) ist eine Bildanalysemethode zur Bestimmung des Kontaktwinkels aus dem Schattenbild eines liegenden Tropfens und der Oberflächenspannung oder Grenzflächenspannung aus dem Schattenbild eines hängenden Tropfens (Pendant Drop).

Hintergrund

Ein Tropfen wird auf eine feste Probe dosiert (liegender Tropfen) oder befindet sich an der Spitze einer Nadel (Pendant Drop). Mit Hilfe einer Kamera wird ein Bild des Tropfens aufgenommen und in die Tropfenkonturanalyse-Software DSA übertragen. Anhand einer Graustufenanalyse des Bildes wird zunächst eine Konturerkennung durchgeführt. Im zweiten Schritt wird ein die Tropfenkontur beschreibendes, geometrisches Modell an die Kontur gefittet.

Kontaktwinkel

Der Kontaktwinkel ergibt sich aus dem Winkel zwischen der ermittelten Tropfenkontur-Funktion und der Probenoberfläche, deren Projektion im Tropfenbild als Basislinie bezeichnet wird.

Liegender Tropfen mit gefitteter Kontur (grün eingezeichnet)

Für die Modellierung der Tropfenkontur stehen für den Kontaktwinkel mehrere Methoden mit verschiedenen Mess- und Anwendungsbereichen zur Verfügung:

  Kreis-Methode Kegelschnitt-Methode Polynom-Methode Young-Laplace-Fit
Angenommene Tropfenform Kreisbogen Ellipse keine Vorannahme Durch das Eigengewicht abgeflachter, idealer liegender Tropfen
empf. Messbereich        
0-20° Χ      
10-100°   Χ Χ Χ
100-180°     Χ Χ
Tropfengewicht (Volumen×Dichte)        
klein Χ Χ Χ Χ
groß   Χ Χ Χ
sehr groß     Χ Χ
Dosierung        
statisch (Kontur ohne Nadel) Χ Χ Χ Χ
dynamisch (Kontur mit Nadel)   Χ Χ  
Konturform        
symmetrisch Χ Χ Χ Χ
leicht asymmetrisch   Χ Χ  
stark asymmetrisch     Χ  

Oberflächenspannung

Die Berechnung der Oberflächenspannung erfolgt immer mit Hilfe eines Young-Laplace-Fits an der per Bildanalyse ermittelten Kontur eines hängenden Tropfens. Der Abbildungsmaßstab und die Dichtedifferenz zwischen Tropfenphase und umgebender Phase müssen dafür bekannt sein (näheres unter Pendant Drop).