摘要
泡沫體(tǐ)系在食品、清洁产(chǎn)品、卫生和健康行业中(zhōng)经常被应用(yòng)，也常用(yòng)于建筑材料(隔热和隔音、减震器)或航空航天/汽車(chē)领域的轻型材料中(zhōng)。另一方面，在某些情况下，泡沫是不受欢迎的子产(chǎn)品，必须加以限制(造纸、印刷)。由于泡沫不稳定现象的多(duō)样性，测量和分(fēn)析泡沫仍然是一个挑战。本说明展示了基于SMLS的Turbiscan技(jì )术，科(kē)學(xué)地表征泡沫稳定性：泡沫高度，泡沫大小(xiǎo)，发泡能(néng)力…
定义
泡沫，是聚在一起的许多(duō)小(xiǎo)泡。由不溶性气體(tǐ)分(fēn)散在液體(tǐ)或熔融固體(tǐ)中(zhōng)所形成的分(fēn)散物(wù)系。表面活性剂吸附在气泡表面，以减少界面张力(气泡/片层)，并且对起泡性、泡沫稳定性和发泡质(zhì)量起重要作(zuò)用(yòng)。
起泡性取决于表面活性剂的性质(zhì)、浓度、连续相粘度。起泡性(产(chǎn)生的泡沫量)和泡沫的稳定性是两个要考虑的独立属性。泡沫失稳过程主要有(yǒu)三个方面：
泡沫聚并---泡沫中(zhōng)分(fēn)开两个气泡的薄膜破裂
奥氏熟化---由于拉氏压差的存在，最小(xiǎo)的气泡通过液膜扩散到较大的气泡中(zhōng)
排水作(zuò)用(yòng)---液體(tǐ)从液膜中(zhōng)流走
这些现象往往结合在一起，随着时间的推移，气泡的尺寸增加，排水作(zuò)用(yòng)进一步促进了聚并，液體(tǐ)和气體(tǐ)之间相分(fēn)离。Turbiscan®是研究泡沫精(jīng)确可(kě)靠的工(gōng)具(jù)，可(kě)以获得发泡过程中(zhōng)的泡沫高度和失稳现象随时间的变化。
仪器原理(lǐ)
基于静态多(duō)光散射(SMLS)的Turbiscan技(jì )术的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)是利用(yòng)近红外光源照射样品，然后获取样品从底部到顶部整个高度的背散射(BS)和透射(T)信号。
信号强度与粒子的浓度(φ)和大小(xiǎo)(𝒅)有(yǒu)关，连续相折射率(𝒏𝒇)和分(fēn)散相折射率(𝒏𝒑)為(wèi)固定参数。BS和T的测量可(kě)以采用(yòng)扫描方式进行，以提供稳定性和粒径测量。
应用(yòng)案例
泡沫高度——一次扫描
下图显示了发泡过程(30秒(miǎo))后的次扫描。只需30秒(miǎo)，Turbiscan就能(néng)提供有(yǒu)关起泡性的信息---泡沫高度以及初始气泡大小(xiǎo)。
區(qū)域(1)：样品底部-透射光信号
透射光的信号峰对应于瓶子底部的水相
區(qū)域(2)：样品的顶部和中(zhōng)部-背散射光信号
背散射光的信号峰来自于气泡的散射。泡沫高度很(hěn)容易测量(27.4毫米)。由于已知初始液體(tǐ)高度，就可(kě)以很(hěn)容易地确定发泡性(泡沫體(tǐ)积/初始液體(tǐ)體(tǐ)积)以及初始气泡大小(xiǎo)(这里是450 μm)
泡沫稳定性——随时间多(duō)次扫描
随着时间的推移，重复扫描样品，以研究泡沫参数的演变，如气泡大小(xiǎo)、泡沫损失、气泡合并率。下图是Turbiscan在30分(fēn)钟的实验中(zhōng)检测到的泡沫的演变，次扫描為(wèi)蓝色，最后一次扫描為(wèi)红色。
區(qū)域(1)：样品底部-透射光信号
左图底部传输信号增加，对应于样品底部水相澄清度的增加，峰的宽度增加对应于分(fēn)水體(tǐ)积的增加。
區(qū)域(2)：样品中(zhōng)间-背散射信号
随着时间的推移，背散射信号随着气泡尺寸的增大而减小(xiǎo)，即气泡的聚并。
區(qū)域(3)：样品顶部-透射光信号
峰出现在右侧，并从右侧向左侧发展。这与泡沫破裂相对应，泡沫體(tǐ)积逐渐缩小(xiǎo)，导致高度降低。
实际应用(yòng)
1. 使用(yòng)T-MIX模块或DNS型号直接测量发泡能(néng)力
上表是三个表面活性剂在相同的搅拌速度下发泡能(néng)力的评价。表面活性剂A比表面活性剂B和C产(chǎn)生的泡沫更多(duō)。
2. 气泡直径
基于Mie理(lǐ)论，Turbiscan®能(néng)够计算气泡的平均直径随时间的变化，并且不需要任何样品准备。
通过计算斜率，可(kě)以很(hěn)容易地得到气泡的聚并速率:
与表面活性剂A相比，表面活性剂B和C的初始气泡大小(xiǎo)不同(约430μm vs 630μm)，泡沫质(zhì)量不同。此外，表面活性剂C构成的泡沫的聚结速度最慢。
3. 泡沫稳定性和半衰期
从上图中(zhōng)可(kě)以确定泡沫的初始量和泡沫损失的速度(曲線(xiàn)的斜率)，从而很(hěn)容易评估泡沫的稳定性。
注：泡沫稳定性可(kě)以用(yòng)泡沫半衰期来表示。半衰期被定义為(wèi)初始泡沫體(tǐ)积/高度的一半坍塌所需的时间，使用(yòng)这种技(jì )术可(kě)以很(hěn)容易地确定。
4.排水速度
随着时间的推移，底部液相逐渐增高，称為(wèi)排水。通过跟踪样品底部透射峰随时间变化的厚度，可(kě)以精(jīng)确而快速地测量该厚度:
表面活性剂C产(chǎn)生的泡沫排水速度最慢，这必然与泡沫的初始大小(xiǎo)和泡沫的稳定性有(yǒu)关。
结论
使用(yòng)SMLS技(jì )术可(kě)以科(kē)學(xué)地测量起泡性，泡沫大小(xiǎo)和泡沫稳定性。所有(yǒu)的数据都可(kě)以总结在雷达图中(zhōng)，以便比较不同的配方，选择的配方。
表面活性剂B在所有(yǒu)参数上都被表面活性剂A和C所超越，可(kě)以认為(wèi)是效率最低的发泡剂。对于泡沫的产(chǎn)生，表面活性剂A是最合适的发泡剂，它产(chǎn)生的泡沫量最多(duō)，但泡沫不如表面活性剂C产(chǎn)生的泡沫细腻和稳定。因此，為(wèi)了稳定和最好的泡沫质(zhì)量，表面活性剂C是的表面活性剂。
客服1