ÁNGULOS DE CONTACTO. TENSIÓN SUPERFICIAL E INTERFACIAL
|
Descripción |
Dispositivo de medidas de ángulos de contacto.
Las propiedades fisicoquímicas de las interfases tienen interés en diversos campos de la tecnología donde estas juegan un papel importante o incluso decisivo. Entre esos campos se pueden mencionar la fabricación de tintas, productos fitosanitarios, detergentes, recuperación de petróleo etc. La energía superficial es un factor a considerar en tecnologías de interés biomédico como pueden ser los implantes y otros materiales que han de estar en contacto con fluidos biológicos, En esos sistemas el ángulo de contacto está relacionado con la capacidad de mojado, la hidrofobicidad de la superficie y la capacidad adhesión de sustancias como proteínas u otros compuestos sobre las superficies. Por otra parte por mencionar alguna aplicación en el campo biomédico de la tensión superficial, conviene destacar el papel que desempeñan los surfactantes pulmonares en los cambios de tensión superficial dinámica y en equilibrio en la fisiología de la respiración.
La técnica descrita en esta oferta tecnológica permite medir el ángulo de contacto y con ello calcular la energía libre superficial de sólidos a partir de las ecuaciones de estado correspondientes. La instrumentación permite realizar medidas de tensión superficial e interfacial estática y dinámica. Las técnicas descritas son fácilmente modificables de modo que se puedan controlar diversas variables que afectan la tensión superficial y ángulo de contacto. Esta característica la diferencial de los aparatos comerciales donde los procedimientos de las medidas son los usados por el fabricante. La técnica requiere análisis y procesado de imágenes que se realiza con diversos programas, algunos de ellos libres como es ImageJ que permite programar macros o plugins para realizar la tarea de determinación de las coordenadas del perfil de la gota. Los datos experimentales del perfil de la gota se ajustan a la ecuación de Young-Laplace que se resuelve por métodos numéricos.
|
¿Cómo funciona? |
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. También se utiliza para la capturara de imágenes con el ordenador una tarjeta de adquisición de imágenes y programas para tal fin. En este aparato en concreto se usa una tarjeta PCI de Data Translation DT3155 y una cámara de vídeo analógica. Otras tarjetas se podrían utilizar en su lugar o bien otro tipo de cámaras como por ejemplo un cámara digital USB que permitiría prescindir de la tarjeta. Los aparatos por lo tanto son adaptables a nuevos componentes de muy diversos fabricantes que permitirán la actualización los instrumentos a un precio reducido.
La determinación de la tensión superficial o interfacial mediante el análisis de la forma de la gota eje-simétrica (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 de captura de imágenes y programas que permiten obtener una imagen o secuencia de imágenes con varias rampas de tiempo para estudios de tensión superficial dinámica.
Se han procesado y analizado las imágenes con el fin de determinar las coordenadas del perfil de la gota. Para tal fin es necesario calibrar las imágenes y corregir adecuadamente los datos. La calibración se realiza utilizando esferas y cilindros de medias conocidas con precisión de la micra. Para la captura de imágenes y procesamiento de datos se han utilizado diversas macros, y programas que requieren algunos conocimientos específicos de los mismos para adaptar el experimento a problemas particulares. En la Fig. 3 se da una imagen de la gota pendiente tal y como se obtiene con la cámara de vídeo donde se indica el día y momento en el que se realiza la medida esto es interesante para estudios de tensión superficial dinámica. Los datos experimentales se ajustan a los datos teóricos que proporciona la solución de la ecuación de Young-Laplace. Esta ecuación se resuelve mediante métodos numéricos. Entre otra información, el parámetro que se calcula del ajuste es la tensión superficial y el radio de curvatura. El programa proporciona también el volumen y superficie de la gota.
|
Ventajas |
Imagen de la gota pendiente.
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.
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 procesado de imágenes y cálculos complicados que requerirían de otra forma gran cantidad de tiempo que los harían inviables.
|
¿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 Química en Ciencias Farmacéuticas 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. En diversas publicaciones científicas se han incluido medidas realizadas con los instrumentos descritos.
|
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. Finalmente desde un punto de vista básico en estudios teóricos del mecanismo y cinética de adsorción se sustancias superficialmente activas en las interfases.
|
Contacto |
|
© Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación – UCM |
|
Descargas PDF |
|
Clasificación |
|
Investigador responsable |
Pedro A. Galera Gómez: galera@ucm.es
Departamento: Química en Ciencias Farmacéuticas
Facultad: Farmacia