Spinning-Drop-Tensiometer

Ein Spinning-Drop-Tensiometer ist ein Messgerät zur Bestimmung der Grenzflächenspannung. Dabei wird eine horizontal angeordnete Kapillare, gefüllt mit einer umgebenden Phase und einer spezifisch leichteren Tropfenphase, in Rotation versetzt. Der Durchmesser oder der Krümmungsverlauf des durch die Fliehkraft in die Länge gezogenen Tropfens korreliert mit der Grenzflächenspannung.

Schematische Darstellung der Spinning-Drop-Methode

Hintergrund

Befinden sich eine schwere umgebende Phase und eine leichte Tropfenphase in einer waagerechten, rotierenden Kapillare, dann hängt der Tropfenradius vertikal zur Rotationsachse von der Grenzflächenspannung γ zwischen den Phasen, der Rotationsfrequenz ω und der Dichtedifferenz Δρ ab. Gemäß dem klassischen Ansatz nach der Gleichung von Vonnegut kann bei gegebener Drehgeschwindigkeit und bei bekannten Dichten der beiden Phasen die Grenzflächenspannung aus dem gemessenen Tropfendurchmesser d (= 2r) berechnet werden:

Bei der Vonegut-Methode muss die Länge des Tropfens entlang der Rotationsachse mindestens das Vierfache des Tropfendurchmessers betragen, um den Fehler durch die Grenzflächenkrümmung zu minimieren.

In dem jüngeren Ansatz nach Young-Laplace wird statt des Durchmessers der Krümungsverlauf der Tropfenkontur verwendet. Dadurch wird der Messbereich hin zu höheren Grenzflächenspannungen erweitert. Der Tropfendurchmesser bzw. die Krümmung wird mittels Tropfenkonturanalyse aus dem Videobild des Tropfens bestimmt.

Mit einem Spinning-Drop-Tensiometer können extrem niedrige Grenzflächenspannungen gemessen werden. Die Spinning-Drop-Methode wird häufig eingesetzt, wenn die Bedingungen für die Bildung einer Mikroemulsion untersucht werden sollen, z.B. beim Tensidfluten in der tertiären Erdölförderung oder bei der lösungsmittelfreien Entfettung.