摘 要:采用铂金板法测定了不同浓度、温度及不同表面活性剂条件下氨水溶液的表面张力值，并用高速摄像机记录铂金板浸入、脱离液体过程的浸润高度。结果表明，温度或浓度的变化均与氨水溶液的表面张力值呈现不同程度的负相关关系。在20.5~45℃范围内，不同浓度氨水的表面张力值下降幅度在9.17%~11.48%；随着氨水浓度在0~25%范围内增加，溶液表面张力值逐渐下降，降幅达15.20%；不同表面活性剂的加入可显著降低氨水的表面张力值，10%浓度的氨水表面张力值降幅最高达46.18%；所有测量结果中铂金板的浸润高度和面积值与表面张力值变化呈相反趋势。

表面张力是液体的常见物理属性，是液体表面层受不均衡分子引力而产生的使液体表面向内部收缩的力，广泛应用于润湿、吸附和浮选等方面。通常温度升高会降低有机溶剂和酸碱盐溶液的表面张力，但也有研究发现，表面张力随温度增加呈非单调性变化。此外，添加剂和溶液浓度也被视为重要影响因素。

氨水常被雾化成小液滴作为硫的吸收剂，而表面张力会影响其雾化特性。本文采用Wilhelmy铂金板法测定不同温度、浓度及表面活性剂含量下氨水表面张力的变化，并用高速摄像机记录铂金板的浸润高度。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

浓氨水(25%)、月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱(LHSB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、椰子油脂肪酸丙氨酸钠(ACS-12)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)、烷基糖苷(APG0810)均为分析纯。

BZY-101表面张力仪；HAS-D71高速摄像机。

1.2 测试原理

铂金板接触被测液体后，液体表面张力作用于铂金板，将其向下拉至液体表面张力及其他力与平衡力均衡时，铂金板停止向液体内部浸入。同时，平衡感应器测量铂金板浸入深度，经微处理机转化为液体的表面张力值并在LCD数字显示屏实时显示。

平衡力公式: F = mg + Lγcosθ - shρg (1)

式中 F——平衡力，N；
m——铂金板质量，kg；
h——浸入深度，m；
L——铂金板周长，m；
s——铂金板横切面积，m²；
γ——液体表面张力，N/m；
θ——接触角，°；
ρ——液体密度，kg/m³。

1.3 实验方法

配制1%~24%不同浓度的氨水溶液，在23℃室温条件下，测定不同浓度氨水的表面张力，同时记录铂金板浸入溶液表面的最大高度；分别测量溶液温度在20.5~45℃(每间隔5℃测量)间5%，10%，15%和20%氨水溶液的表面张力。依次添加0.1~0.7g浓度为0.1%和0.2%的5种不同表面活性剂于30mL的10%氨水溶液中，研究不同添加量下表面活性剂对氨水溶液表面张力的影响。

2 结果与讨论

2.1 浓度对氨水表面张力的影响

室温下不同浓度的氨水表面张力值见表1。

由表1可知，随着浓度的增加，氨水溶液表面张力值逐渐下降。当氨水浓度升高至6%时，溶液表面张力值从71.7mN/m下降到66.2mN/m，降低了5.5mN/m；然而，溶液浓度从7%升高至25%，表面张力值仅降低5.3mN/m。当氨水浓度升高时，溶液内部的氨水分子向溶液表面移动、汇聚，溶液表面层中的H-N氢键浓度增加，H-O氢键减少，导致溶液表面张力下降。

为探究表面张力与铂金板的浸润关系，采用高速摄像机测定铂金板浸入不同浓度(1%，6%，11%，16%，21%，25%)氨水溶液的瞬时连续浸润高度，铂金板上的液体真实浸润高度见表2。

由表2可知，相同时刻下，铂金板上液体真实浸润高度与氨水浓度趋势保持一致，与表面张力值变化趋势相反，即表面张力越低液体浸润效果越好。

以铂金板浸入至1%和25%氨水溶液的瞬时浸润过程为例(见图1、图2)，铂金板底部与水平液面存在一定角度，经HAS-Xviewer Ver软件校准测量，铂金板浸入1%和25%氨水溶液过程中铂金板底部与其倒影夹角分别为2.08，1.37°。

图1 铂金板浸入1%氨水溶液瞬时浸润过程

图2 铂金板浸入25%氨水溶液瞬时浸润过程