Blasendruck-Tensiometer

Ein Blasendruck-Tensiometer ist ein Messgerät zur Bestimmung der dynamischen Oberflächenspannung. Gemessen wird der maximale Innendruck einer Gasblase, die über eine Kapillare in einer Flüssigkeit gebildet wird.

Hintergrund

Der Innendruck p einer kugelförmigen Gasblase (Laplace-Druck) hängt nach der Young-Laplace-Gleichung vom Krümmungsradius r und von der Oberflächenspannung σ ab:

Wird eine Gasblase an der Spitze einer Kapillare in einer Flüssigkeit erzeugt, nimmt die Krümmung zunächst zu und dann wieder ab, wodurch ein Druckmaximum auftritt. Die größte Krümmung und damit der größte Druck treten auf, wenn der Krümmungsradius dem Kapillarradius entspricht.

Druckverlauf bei der Blasendruckmessung, Lage des Druckmaximums

Bei bekanntem Kapillarradius kann aus dem Druckmaximum pmax die Oberflächenspannung berechnet werden. Da die Kapillare in die Flüssigkeit eintaucht, muss vom gemessenen Druck der hydrostatische Druck p0 subtrahiert werden, der aus der Eintauchtiefe und der Dichte der Flüssigkeit resultiert. Daraus ergibt sich folgende Formel für die Blasendruck-Methode:


Der Messwert entspricht der Oberflächenspannung bei einem bestimmten Oberflächenalter, der Zeit vom Beginn der Blasenbildung bis zum Auftreten des Druckmaximums. Durch Variation der Erzeugungsgeschwindigkeit der Blasen kann die Abhängigkeit der Oberflächenspannung vom Oberflächenalter erfasst werden.

Diragramm Oberflächenspannung vs. Oberflächenalter

Abhängigkeit der Oberflächenspannung vom Oberflächenalter

Diese Abhängigkeit spielt für den Einsatz von Tensiden eine wichtige Rolle, da der Gleichgewichtswert der Grenzflächenspannung bei vielen Prozessen aufgrund der zum Teil geringen Diffusions- und Adsorptionsgeschwindigkeit von Tensiden gar nicht erreicht wird.
Mit Hilfe von Blasendruckmessungen können Geschwindigkeitsparameter von Tensiden berechnet werden: der Diffusionskoeffizient und der Adsorptionskoeffizient.