Achema 2018 – Halle 4.1, Stand D77

Instrument zur Analyse oszillierender Tropfen von Tensidlösungen

Krüss präsentiert ein neu entwickeltes Messinstrument für die Grenzflächenrheologie: Mit dem Drop-Shape-Analyzer DSA30R lassen sich dynamische Grenzflächenvorgänge in Schäumen und Emulsionen untersuchen.

Der Drop-Shape-Analyzer DSA30R von Krüss für grenzflächenrheologische Messungen an oszillierenden Tropfen. (Bild: Krüss)

Das Gerät erfasst die Änderung der Ober- oder Grenzflächenspannung (OFS/GFS) im Zuge der Deformation einer der Phasengrenze. In der Praxis kommt es zu solchen Deformationen immer dann, wenn tensidhaltige, mehrphasige Stoffgemische wie Schäume oder Emulsionen hergestellt, verarbeitet oder befördert werden – mit unterschiedlichen Auswirkungen auf deren Stabilität. Das DSA30R-Gerät gibt wissenschaftliche Parameter an die Hand, um dynamische Grenzflächenvorgänge zu beschreiben und das Stabilitätsverhalten zu optimieren. Interessant ist der Einsatz etwa für die Lebensmittel- oder Kosmetikindustrie sowie für die tertiäre Erdölförderung.

Der schwingende Tropfen
Das grundlegende Messprinzip ist die Bildauswertung von an einer Nadel hängender bzw. aufsteigender Tropfen oder Gasblasen. Die wesentliche Leistung des neuen Instruments besteht darin, die Grenzfläche durch präzise Steuerung des Dosiervorschubs zyklisch und exakt sinusförmig zu verändern. Die GFS/OFS wird abhängig von der Oberflächenänderung gemessen und verläuft bei tensidhaltigen Proben ebenfalls sinusförmig. Aus der Auswertung resultieren der Elastizitätsmodul E‘ und der Viskositätsmodul E‘‘. E‘ geht mit der Änderung der Oberflächenkonzentration des Tensids durch die Dehnung und Stauchung einher; E‘‘ gibt die zeitliche Änderung der GFS/OFS durch Diffusion und Grenzflächenadsorption des gelösten Tensids wieder.

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Messdurchführung
Die Probe wird in eine handelsübliche Glasspritze gefüllt, die mit wenigen Handgriffen eingesetzt und vollautomatisch an den Dosiervorschub gekoppelt wird. Luftblasen im Dosiersystem, die bei der Grenzflächenrheologie in der Vergangenheit eine häufige Fehlerquelle waren, lassen sich hier vermeiden. Den gesamten Messablauf, von der Dosierung des Tropfens über die definierte Schwingung des Volumens bis hin zur Ausgabe der Ergebnisparameter, steuert ein einfach zu erstellendes Automationsprogramm der Advance Software. Das Wegfallen vieler manueller Schritte und die genaue Vorgabe aller Dosier- und Oszillationsparameter begünstigt optimale Wiederholbarkeit und benutzerunabhängige Resultate.

Das Messinstrument ermöglicht Tropfenanalysen in Luft zur OFS-basierten Messung oder in einer umgebenden Flüssigkeit für die GFS-basierte Ergebnisse. Der Tropfen kann auch aufsteigend in einer schweren Phase untersucht werden, um etwa Rohöl oder Asphaltenlösungen in wässriger Umgebung zu untersuchen. Der große Frequenzbereich von 0,001 bis 20 Hz für die Tropfenschwingung erlaubt Analysen von extrem langsamen bis hin zu sehr schnellen Grenzflächenvorgängen. Um den Einfluss der Temperatur zu untersuchen oder Messungen an höherviskosen Systemen zu erleichtern, wird die Spritze für Messungen bis 70 °C in einen temperierbaren Mantel eingebettet, wobei die umgebende Phase ebenfalls temperiert werden kann. Die Software liest die Daten des Sensors aus und dokumentiert den Temperaturverlauf während der gesamten Messung.

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