Complutecno: Sensores

TENSIÓN SUPERFICIAL E INTERFACIAL. ÁNGULOS DE CONTACTO

Descripción:

Técnica de medida de ángulos de contacto de líquidos sobre sólidos o líquidos sobre líquidos. Determinación de la tensión superficial e interfacial por la técnica de la gota pendiente, mediante análisis de la forma de la gota a partir de imágenes capturadas con cámara de vídeo.

Fig. 1: Dispositivo de medidas de ángulos de contacto.

¿Cómo funciona?:

Fig. 2: Dispositivo de medida de tensión superficial e interfacial
por la técnica de la gota pendiente

El ángulo de contacto se determina depositando una gota de un líquido sobre un sólido o sobre otro líquido no miscible. Se ilumina la gota con luz difusa para producir una imagen de bordes nítidos. La imagen de la gota se proyecta sobre el objetivo de un microscopio que dispone de un goniómetro graduado. El microscopio tiene adaptada una cámara de vídeo que permite reproducir la imagen sobre un monitor en blanco y negro. El dispositivo consta de un pequeño banco óptico y dos trasladadores, uno vertical y otro horizontal.

La determinación de la tensión superficial o interfacial mediante el análisis de la forma de la gota asimétrica (ADSA) se realiza mediante el análisis de la forma de una gota de un líquido que pende de la punta de una aguja o tubo, o bien que flota cuando la gota del fluido es menos densa que la fase exterior, en este caso se obtiene la gota con una aguja curvada. La imagen de la gota se obtiene con una cámara de vídeo conectada a un ordenador. El dispositivo utilizado para la obtención de imágenes es el que se muestra en la Fig. 2 y consta de un banco óptico, trasladadores accionados con tornillos micrométricos, una cámara termostatizable y una fuente de iluminación de luz difusa. También se utiliza una tarjeta captura y programas que permiten la obtención de imágenes en periodos de tiempo de hasta treinta por segundo.

Estas imágenes se procesan y a partir de ellas se calculan las coordenadas del perfil de la gota. Para ello, se calibra y se corrigen adecuadamente los datos, ajustándolos a los datos teóricos que proporciona la solución de la ecuación de Young-Laplace. Entre otra información, el parámetro que se calcula es la tensión superficial. Para la captura de imágenes y procesamiento de datos se han utilizado diversas macros, subrutinas y programas, algunos de los cuales están disponibles en la red. En la Fig. 3 se da una imagen de la gota pendiente tal y como se obtiene con la cámara de vídeo.

Ventajas:

La determinación de la tensión interfacial sólido vapor y sólido líquido es importante en multitud de problemas. Entre los diversos métodos existentes, basados en medida directa de la fuerza, ángulos de contacto, penetración capilar, flotación de filmes etc., la medida de ángulos de contacto es el método más simple.

Fig. 3: Imagen de la gota pendiente.

Una de las ventajas de la utilización de la técnica ADSA para medir la tensión superficial o interfacial es que permite la utilización de pequeñas cantidades de muestra, lo que resulta ideal cuando se utilizan sustancias de interés de alto coste (por ejemplo en biotecnología).

Permite además mantener superficies limpias, de modo que se pueden reproducir adecuadamente los resultados. Se evitarán los problemas de adsorción en la región que separa las tres fases, lo que distorsionaría los resultados de tensión superficial o interfacial, principalmente en disoluciones de macromoléculas y proteínas. Este es un método elegante de cálculo de la tensión superficial, que se ha beneficiado de los desarrollos informáticos que permiten la automatización, obtención y procesamiento de imágenes y cálculos complicados que requerirían gran cantidad de tiempo.

¿Dónde se ha desarrollado?:

El instrumento de medidas de ángulos de contacto es un aparato comercial manufacturado por Ramé-Hart, adquirido con cargo a un proyecto de la Consejería de Educación de la Comunidad de Madrid. La técnica de medida de tensión superficial mediante el análisis de la forma de la gota (ADSA) se ha desarrollado en el Departamento de Físico-Química Farmacéutica de la Facultad de Farmacia de la Universidad Complutense de Madrid.

Esta técnica es similar a la existente en el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Berkeley. Los resultados de tensión superficial e interfacial obtenidos con esta técnica se han validado a través de la colaboración mantenida con el grupo del Prof. Neumann de la Universidad de Ontario, pionero en este campo.

Y además:

Los ángulos de contacto son parámetro de interés en problemas donde la interfaz es importante: detergencia, flotación, mojado de superficies, tensión superficial o interfacial de sólidos, análisis de superficies de materiales para uso médico y problemas de adhesión de superficies poliméricas o de otra naturaleza. Los parámetros tensión superficial e interfacial también tienen interés en los procesos indicados anteriormente.

La adsorción de tensioactivos u otro tipo de sustancias en la interfaz aceite-agua o aire-agua resulta de gran utilidad en diversas tecnologías relacionadas con la agricultura, como el uso de pesticidas, problemas de medio ambiente, productos como pinturas, tintas, petróleo, aditivos, en procesos de emulsificación y solubilización etc. La técnica ADSA permite estudiar cinéticas de adsorción en la interfaz aire/líquido y líquido/líquido.