手持便携式接触角测量仪 LSA MOB-M的特征和测量

       俯视法接触角测量仪LSA MOB-X由德国LAUDA Scientific公司研发生产，是LSA系列光学接触角测量仪中的独特成员，它基于俯视法（Top-View method）来测量液体和固体表面形成的接触角，俯视法是通过从正上方观测在固体表面形成的液滴的形状来获得液滴的接触角以及与液/固-润湿现象相关的参数。

       LSA MOB-M是一款基于俯视法的手持便携式接触角测量仪，重量只有约1kg，可以方便地携带到任何测试地点，测量可以在实验室进行，也可以在生产/应用现场，或野外进行。LSA MOB-M适合用于测量液体在各种固体表面的接触角或润湿/铺展程度，测量不受样品尺寸、形貌以及测量场所的限制。

LSA MOB-M的特征和优势：

• 基于俯视法（Top-View method）；

• 不受样品的尺寸、形貌限制；

• 不受测量场地限制；

• 适合于轴对称和不规则液滴的测量；

• 可以准确、可靠地测量低至0度的接触角；

• 能够有效地测量表面不均匀或粗糙样品的接触角，更真实地表征样品的润湿性

• 能够测量凹曲面或凸起处的接触角

• 适用于大面积样品表面的接触角测量

• 适合测量液体在固体表面的渗透/吸收和铺展性

• 既可放在样品表面上测量，也可与样品保持25mm实施无损伤测量；

• 可采用任意体积的液滴和不同（密度和表面张力）的液体进行测量；

• 可灵活地应用于不同的应用领域；

• 测量软件：操作简易，性能杰出，保证测量可以自动、可靠地进行，测量结果准确

手持便携式接触角测量仪LSA MOB-M的测量和应用：

• 固体表面接触角的测量；

• 测定平均/有效接触角值，评估接触角值及其分布；

• 固体表面表面能的测量和评估；

• 表面洁净度或表面经过处理的效果评估；

• 样品表面的亲水/疏水性评估；

• 现场（on-site）测量；

• 液体在固体表面的铺展/渗透、可印刷性、粘附性测量分析；

• 凹曲面的接触角或润湿性测量、评估；

• 大面积样品的接触角测量；

LSA MOB-M的部分技术参数：

• 接触角测量范围：0---180°

• 接触角测量精度：±0.1°(0---90°)；±0.5°(90---180°轴对称液滴)

• 视频图像系统

      镜头：高分辨率、低变形率高速工业定焦视觉镜头

      分辨率(max)：752×480 pixel

      速度(max)：60 images/s

      视野范围：12 mm×8 mm

• 光源：单色高均匀LED冷光源，亮度由软件控制

• 加液单元：自带手动数显精密微量加液系统；加液精度 0.004 μl，准确度±0.01 μl;

• 样品尺寸(max)：不受限制

• 仪器尺寸及重量：77×60×150mm（LxWxH）; 1Kg

作为一款基于俯视法的手持便携式接触角测量仪，LSA MOB-M引入了集成的精密手动加液系统MDU模块。

MDU模块配置有精密的玻璃注射器和高精度的数显微分驱动头，以及方便地将液滴转移到样品表面的机械装置；加液精度高达0.004μl，准确度±0.01μl。模块不但在机械结构上被精密地集成到LSA MOB-M接触角测量仪上，也得到所带的软件Surface.Meter elements的充分支持，包括通过触发来自动启动录像。不但使得现场测量更为方便、准确，而且可被用来研究和测量液体在一些多孔性表面上的快速扩展、渗透和吸收过程，为表征这些迄今难以测量的固体表面提供了一崭新的手段（见下图）。

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      近日，我公司演示实验室再添新成员——LSA MOB-M便携式接触角测量仪，我公司演示实验室可以直接为感兴趣的客户提供仪器演示、免费样品测试等服务。欢迎对LAUDA视频光学接触角测量仪感兴趣的客户惠临参观。

        俯视法接触角测量仪LSA MOB-X是LSA系列光学接触角测量仪中的独特成员，它基于俯视法（Top-View method）来测量液体和固体表面形成的接触角，俯视法是通过从正上方观测在固体表面形成的液滴的形状来获得液滴的接触角以及与液/固-润湿现象相关的参数。正是这种独特的方法赋予了LSA MOB-X许多独特、显著的功能和性能：

• 适用于测量低至0°的超低接触角

• 能够有效地测量表面不均匀或粗糙样品的接触角，更真实地表征样品的润湿性

• 能够测量凹曲面或凸起处的接触角

• 适用于大面积样品表面的接触角测量

• 可以同时测量和表征液体在多孔材料表面的渗透/吸收和扩展过程

  
  

        LSA MOB-X适用于几乎所有属性的表面，适用于整个接触角值范围，可采用各种体积尺寸的液滴和不同的测量液体，并且拥有极高的自动化程度。

        LSA MOB-X的另一特点是它的多变性，对于不同的应用领域可以以不同的面目出现，它功能强大，配置灵活，可以一机多用。

• LSA MOB-M：手持移动式接触角测量仪；

• LSA MOB-C：与传统的侧视法相结合，建立一个双视接触角测量仪，实现对同一个液滴同时从侧面和上方研究接触角和动态润湿的过程；

• LSA MOB-P：集成到在线测量系统中，成为在线质量控制或监控系统的一部分。

* 所有模块都可以配置多个加液单元，以便在一次测试后即可计算SFE值。

LSA MOB-X的特征和优势：

• 基于俯视法（Top-View method）；

• 适合于轴对称和不规则液滴的测量；

• 可以准确、可靠地测量低至0°的接触角；

• 不受样品尺寸、形貌限制；

• 既可放在样品表面上测量，也可与样品保持25mm实施无损伤测量；

• 可采用任意体积的液滴和不同（密度和表面张力）的液体进行测量；

• 可灵活地应用于不同的应用领域；

• 测量软件：操作简易，性能杰出。

LSA MOB-X的应用：

• 固体表面接触角的测量；

• 固体表面表面能的测量和评估；

• 表面洁净度或表面经过处理的效果评估；

• 样品表面的亲水/疏水性评估；

• 现场（on-site）测量；

• 液体在固体表面的铺展/渗透、可印刷性、粘附性测量分析；

• 凹曲面的接触角或润湿性测量、评估；

• 大面积样品的接触角测量；

• 在线全自动测量/质量监视和控制。

LSA MOB-X的主要技术参数：

接触角测量范围：0---180°

接触角测量精度：±0.1°(0---90°)；±0.5°(90---180°轴对称液滴)

样品尺寸：不受限制

双视接触角测量仪LSA MOB-C是一款由德国LAUDA Scientific公司研发生产，基于侧视法和俯视法相结合的接触角测量设备，它通过对同一液滴从正上方和侧面的同时观察、测量和分析，对液滴进行全方位测量，获得比任一单方向观察更多的信息，更好地研究接触角及其动态润湿过程。

• 侧视法：从侧面观察液滴图像可以获得液滴的接触角，接触直径和表面上方剩余液滴体积等参量随时间的变化，但无法获得液体在表面上的润湿区域随时间的变化（扩散/扩展过程）。

• 俯视法：从俯视观察得到的图像不但可以获得润湿区域随时间的变化，而且同时可以确定液滴接触直径（或面积）随时间的变化，从这二个参数可以更好地了解液滴在固体表面的渗透过程和扩散/扩展过程。

LSA MOB-C作为一款双视接触角测量仪，兼容了侧视法和俯视法两种测量方法的各自优点，为更好地认识和解决一些复杂问题提供了一种独特的、强有力的分析和测量手段，LSA MOB-C既可以作为单独的配置获得，也可以在LSA100/200的基础上，通过附加扩展件升级实现。

标准的LSA设备(LSA100/LSA200)与MOB-C扩展模块结合使用时，是一种用途极为广泛的接触角测量系统，它不仅结合了侧视法测量和俯视法测量的所有优点，而且还提供了独特的研究方法在同一时间从不同角度研究同一个液滴。 该系统可以作为以下多个系统使用：

• 作为基于侧视法的传统接触角测量仪；

• 作为一种基于俯视法的新型接触角测量仪；

• 作为一种独特的测量仪器，它可以用侧视法和俯视法同时分析同一个液滴（座滴）。

这种多功能性使得双视接触角测量仪LSA MOB-C能够处理实际接触角测量中的几乎所有情况。

LSA MOB-C可选配件和扩展功能：

• 集成（integrated）手动精密微量加液系统

• 手动/自动加液系统（包括非接触式自动加液系统）

• 自动样品移动台（X-，或X-/Y-）

• 自动液滴转移装置

利用接触角测量仪对一个样品进行接触角测量，可以（不充分地、粗略地）划分为以下步骤：

1. 样品准备/制备：包括获取样品，必要时对样品进行切割和/或预处理，使其能够为仪器所容纳和符合仪器对可测量样品的要求；

2. 获取所需要的测试液体：包括采购/制备，纯化，和取出用于测量的份量（portion）；

3. 把上面准确好的测试液体灌装到仪器的液体分配系统；必要时，对整个加液系统（包括管路、连接处和加液针管）进行清洗和除气；

4. 将上面准备好的样品放置到仪器的测量平台，并调节好（三维）位置，必要时，包括设定/确定起始测量位置；

5. 根据设定的测量任务，对样品进行测量：这可以是单一位置/多个位置，采用单种液体/多种液体，静态/动态，前进接触角/后退接触角/接触角滞后，液滴起始滑动角等复杂程度差异很大的、不同的测量任务；

6. 测量完成后，对测量结果进行要求的计算、分析，给出结果，必要时根据结果和要求，发出警告信息（如测量结果不符合预先设定的要求范围）；

7. 下载样品，为下一个测量作准备。

光学接触角测量仪LSA MOB-P是LAUDA Scientific公司生产的一款基于俯视法的在线接触角测量设备，它可以独立运行或被整合到已有的在线测量系统中，用于实时测量样品表面的接触角、润湿性、洁净度等，以实现产品质量的在线控制。

在线接触角测量仪LSA MOB-P具有如下特征：

Ø 不受样品尺寸的限制

Ø 不受样品形貌的限制

Ø 可以测量平整的、凹凸的表面

Ø 可以测量测量点周围有视线障碍的表面

Ø 可以准确、可靠地测量低至0度的接触角

Ø 测量时，可与样品表面保持高达25mm的距离

Ø 全自动测量

Ø 测量的结果可以通过TTL信号，或者软件接口形式反馈

Ø 测量速度快，可以在约1-2秒内完成一个测量

在线接触角测量仪LSA MOB-P的测量性能：

Ø 固体表面接触角测量；

Ø 固体表面表面能测量和评估；

Ø 表面洁净度或表面经过处理效果评估；

Ø 样品表面的亲水/疏水性评估；

Ø 凹曲面的接触角或润湿性测量、评估；

Ø 在线全自动测量/质量监视和控制。

       LSA100光学接触角测量仪是一款高性价比且功能全面的多功能型视频光学接触角张力测量设备，它不仅具备接触角测量、滚动角测量、表面自由能测量和表界面张力测量等常用的测量功能，还可以配备特殊附件模块完成滞留力测量、单一纤维接触角测量、俯视法接触 角测量、界面扩张流变测量、全自动临界胶束浓度(CMC)测量等特殊测量任务。

LSA100 光学接触角测量仪的基础配置及基础功能：

- 1.9 倍变焦视频系统(可选更高配置) 

- X 轴精确导轨定位视频调焦台 

- X/Y/Z 三轴精确导轨定位样品台 

- X/Y/Z 三轴精确导轨定位注射平台 

-自动注射单元或微分头手动注射单元 

- SurfaceMeter 专业测量软件 

-静态/动态接触角测量 

-表面自由能测量和粘附功计算 

-视频法粉末或多孔材料的吸收过程分析

LSA100 的选配附件及扩展性测量功能：

- 6.5/8.6/12.9/45 倍变焦高速视频系统 

- 温度控制单元 

- 全自动倾斜台，测量滚动角和动态接触角 

- 俯视法测量模块，俯视法测量接触角 

- 表面界面张力测量功能 

- 滞留力旋转台，实现滞留力测量功能，且同步测量滞留力和动态接触角 

- 非接触式注射功能，解决向疏水材料表面转移液滴的问题 

- 双液滴注射功能，两种液体同时注射，一键式测量接触角，大大提高了固体表面自由能 的测量效率东方德菲知识分享

- 单一纤维接触角测量模块，完成单一纤维润湿接触角测量 

- 振荡滴扩张流变模块，测量界面扩张流变

- 全自动临界胶束浓度测量模块，全自动测量临界胶束浓度 

- 粉末/多孔介质模块(POM)，测量粉末及多孔材料的润湿性

LSA100 光学接触角测量仪 LSA100 广泛应用于材料科学、界面化学与胶体化学、以及 液滴流体动力学等专业实验室，是科研工作者的有力工具。

视频光学接触角测量仪是基于视频光学法测量静态接触角、动态接触角、滚动角、固体表面自由能和表界面张力的测量设备，视频光学法是通过直接观测液体在固体表面形成的液滴的测量方法，通过测量液滴的形状，尤其是其与固体表面相接触处的液面形状，来确定液体在固体表面的接触角θ。

接触角θ的数值标志着液体在固体表面的润湿性：

若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角度越小，表示润湿性越好；当θ=0°，时，表示完全润湿；

若θ>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，其角度越大，表示润湿性越差；

当θ=180°，表示完全不润湿。

当润湿性界于很好与很差之间时，液体在固体表面可以有限度地铺展开来，形成介于0°~ 180°之间的接触角。这一有限的接触角值是体系中各个不同的相互作用力的平衡，也是体系趋向低能量的结果。涉及的相互作用力包括：

- 液体自身的表面张力：这一值越大，液体越倾向于聚集在一起、包成一团，而不愿意在固体表面上铺展开来；

- 固体自身的表面张力或表面自由能：这一值越大，固体表面的能量位越高，越希望有能量较低的液体层能够在其上面铺展开来而覆盖它，以降低体系的能量；

- 液体/固体表面-界面的相互作用力：这一值越小，固体表面对液体的吸引力越大，液体越能够在其上面铺展开来，导致较低的接触角值。

所以，如果希望液体能够较好地润湿固体表面：液体的表面张力值越低、固体的表面能值越高、液体/固体表面-界面的相互作用力越强就越有利；反之，如果希望液体不要润湿固体表面：液体的表面张力值越高、固体的表面能值越低、液体/固体表面-界面的相互作用力越弱就越有可能。

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       目前使用光学接触角测量仪测量动态接触角的方法有倾斜台法、离心转台法和加液/减液法三种。

       DY种方法是倾斜台法又称斜板法。实验是将一个液滴置于待测的样品表面后，利用倾斜台缓慢地倾斜样品表面，同时跟踪并记录液滴形状、接触角和位置的变化。倾斜刚开始时液滴不一定发生移动，但是形状会发生变化，使得下方的接触角不断地增大，而上方的接触角则不断地变小，当表面倾斜到一定角度时，液滴开始发生滚动或滑动，此时液滴下方三相接触点发生运动之前对应的接触角就是ZD前进角，而液滴上方三相接触点发生运动之前对应的接触角就是最小后退角。当液滴整体刚刚开始发生滚动（滑动）时的表面倾斜角，就叫滚动角（滑动角）。

       使用倾斜台法测量动态接触角的特点是不仅能测量到前进角和后退角变化的全过程，而且能得到液滴在材料表面上的滚动角。

       第二种方法是离心转台法又称滞留力天平法，实验是将一个液滴置于待测的样品表面后，利用离心转台使液滴沿着圆周转动，同时跟踪并记录液滴形状、接触角和位置的变化。随着转速的不断增加，液滴整体受到的离心力越来越大，液滴开始发生形状变化，并且顺着旋转半径的方向在材料表面上滑动的趋势越来越明显，直到发生滑动。在形状变化过程中外侧的接触角不断地增大，而内侧的接触角则不断地变小，当转速达到一个临界值时，液滴开始发生整体滑动，此时液滴外侧三相接触点发生运动之前对应的接触角就是ZD前进角，而液滴内侧三相接触点发生运动前对应的接触角就是最小后退角。根据转速和半径计算得到的离心力就等于液滴在材料表面上的滞留力。

       使用离心转台法测量动态接触角的特点是不仅能测量到前进角和后退角变化的全过程，而且能得到液滴在材料表面上的滞留力。这个方法不仅适用于疏水材料也适用于亲水材料。

       第三种方法是加液-减液法又称注液-吸液法，实验是将一个液滴置于待测的样品表面后，把注射针插入液滴内部，缓慢的注射液体使液滴体积增大到一定数值，之后再缓慢的回吸液体使液滴体积减小到一定数值，同时跟踪并记录液滴形状、接触角和位置的变化。在液体注射过程中两侧的接触角不断地增大，直到三线接触点发生移动时的亚平衡状态。而在回吸液体的过程中两侧的接触角则不断地变小，直到三线接触点发生移动时的亚平衡状态。如果液体注射和回吸的速度足够缓慢，三相接触点运动处于一个亚平衡状态，此时得到的接触角分别为ZD前进角和最小后退角。

       使用加液-减液法测量动态接触角的特点是能测量到前进角和后退角变化的全过程，而且不需要额外的特殊附件，投资较低。缺点是液滴形状会受到注射针的影响而导致接触角计算的误差。  

光学接触角测量仪广泛应用于各个行业领域，比如表面活性剂、手机制造、涂料油墨、造纸印刷，纺织纤维、生物医学等领域，接触角测量仪已经成为了一项评估表界面性能的重要仪器。

• 液体在固体表面的接触角：静态接触角，动态接触角（前进/后退接触角）、滚动角、单一纤维接触角、粉末/多孔材料的接触角

• 液体在固体表面的铺展/扩展、渗透/吸收过程分析；

• 固体表面自由能的测量，以及根据理论模型作出各种不同液体在固体表面的润湿性和粘结力的分析和评估；

• 液滴在固体表面的粘附力及滞留力的测量

• 液体（静态/动态）表面张力的测量，包括高粘度液体（如高分子熔体）表面张力的测量 ；

• 液/液-体系在各种温度下的静态/动态界面张力测量；

• 液体表面张力值的极性、非极性等组分的测量；

• 研究影响表面/界面张力的各种因数，如浓度/组成、时间、温度、压力、电场等对表/界面张力的影响；

• 表面活性物质（如表面活性剂）临界胶团溶度（CMC）的测量；

• 表面活性物质分子在表面/界面的吸附以及相关的各种表面/界面参数的测量和计算

......

接触角测量仪采用悬滴法进行动态表面张力测量尤其适合研究表面活性剂体系：不但可以考察表面活性剂的扩散速度，而且可以通过 “surface life/age scanning 液滴寿命” 测量模式完整地测绘出所考察体系的 “表面张力γ - 表面活性剂浓度c - 界面时间/寿命t” 三维拓扑关系图，γ(c,t)，从而进一步确定体系临界胶束浓度CMC随界面寿命的时间依赖关系，CCMC(t)。

悬滴法测量动态表面张力有二大特点：

特点一 悬滴法所适用的动态测量时间范围广：从表/界面形成后的约0.1秒（甚至可低到几十微秒）起，对表/界面进行时间依赖性的动态测量，测量可持续至几分钟，几小时，几天...。虽然在测量短界面寿命极限方面，ZD气泡压力法可以测量到更短的界面寿命（约几毫秒）；但在长时间端，ZD气泡压力法只能测量到约几十到100秒。其它的传统方法要么根本不适合于动态测量（如吊环法），要么能够测量的起始时间迟至几秒到十几秒左右（如液滴体积法，薄板法）。另外传统的吊环法和薄板法由于表面活性剂分子容易吸附在其探针表面从而改变其表面的润湿特性，可能对测量结果造成较大的干扰。

特点二 在于此方法可以通过对一个液滴从其 “诞生” 时刻起进行持续地测量，一直到预期的或希望的测量时间点为止（surface life/age scanning）。这不但保证了所有的测量数据来自于同一液滴界面，而且测量的时间间隔也可以几乎随意地短或长（最短时间间隔只受相机的速度决定，比如1-10ms），大大地提高了获得的动态曲线 γ(t)的连续性（时间分辨率）和可靠性，而且也使得测量所需时间大幅度地减小。比如测量一条从界面形成开始（0时间），持续到100s（界面寿命）的动态曲线，如果采用传统的滴体积法或ZD气泡压力法，就需要预先选择/指定几个测量时间点（比如20个不同的时间点），然后对于每个时间点，通过调节相应的测量参数（如加液或气流量速率）逐点进行测量，直到所有的时间点测量完毕。这样的一个测量过程往往需要一个甚至几个小时，得到的曲线也只能从20个不同的时间点插值而成，而且不同点的表面张力值均来自不同的液滴或气泡界面（不但表面张力值会发生漂移，而且时间计时上也会有偏差/bias）。同样的测量如果采用悬滴法来进行，整个测量过程只需要100s，在这段时间内采集的对应于不同时间点的测量点数可以高达成千上万，而且所有的表面张力值均来自同一个液滴，完全避免了表面张力值和时间计时上的偏差/bias问题。

动态速度录像模式，结合高精度自动注射泵，高速度相机，和全自动录像分析计算功能以及全轮廓悬滴分析法，以上这些条件是接触角测量仪悬滴法测量动表面张力必不可少的条件。