SurfaceMeter™ 软件

在接触角测量和表面张力/界面张力测量领域，仪器的设计理念、选择的零部件质量和加工/制造工艺保证了测量仪器的外部条件，并为进行（准确可靠+操作简便）的测量奠定了物质（硬体）基础。但实验测量数据需要通过软件的介入才能获得，软件是整个测量系统的灵魂和大脑，其功能和性能最终决定了在现有的硬体基础上通过测量能够获得的信息量，以及它们的精度和准确性（而这二者尤为重要）。再者软件在很大程度上也决定了测量的速度和舒适性（人性化）。

SurfaceMeter™软件建立在以完成准确测量为中心的基础上，所有的一切都是以辅助完成的测量任务为目的。同时，SurfaceMeter™软件也始终不忘它源自科学研究的历史，深知科研领域涉及的样品以及需要完成的测量任务与生产领域之间的区别和差异：在工业生产领域通常进行一些重复性的测量，在这里标准操作程序（SOP）非常受到重视；但在科学研究中更常遇到的是各种各样的样品，希望对其进行各类测量，而不止局限于寻常的静态接触角或表面自由能的简单测量，而且把获得新的认识放在。所以这就要求软件需要二者兼顾。

SurfaceMeter™软件在这一领域，开创了许多性，主要表现在以下几方面（但不包括全部）。

1. 准确、自动检测液滴与固体表面三相交界线（基线 / baseline）的能力: 无需任何辅助线，甚至在表面上放置液滴前就能够实现，不管接触角多大；

2. 准确检测液滴轮廓的能力：采用亚像素（sub-pixel）精度检测液滴轮廓坐标，相当于把相机的分辨率成倍提高；能够自动排除不属于液滴轮廓的背景点（不需要任何辅助线的帮助）；

3. 准确、可靠的Laplace-Young拟合方法，通过对上面检测到的液滴全轮廓进行分析、计算，可以准确测量任何角度的轴对称液滴的接触角。对于比较理想的液滴（比如对多数接触角较大的液滴）还可以同时计算出液滴当时的表面张力或界面张力。

   图1：无论角度多大，如果液滴基本上符合轴对称性，都可以通过Laplace-Young方程拟合法得到准确、可靠的接触角值。

4. 准确、可靠、的TrueDrop™计算方法：一种单一的测量计算法，适用于几乎所有形状的液滴，也是目前的可以准确分析计算当液滴在增大/缩小过程中（动态接触角的测量），或处于倾斜状态下（倾斜台法，接触角和三相接触点位置），以及处于离心力作用下（旋转液滴法），呈现明显非对称形状时的方法。这一方法当然也对轴对称性液滴适用。

   图2：采用TrueDrop™计算方法测量非对称液滴的接触角值

5. 真正接近于零度的接触角值的准确测量方法：甚至可以对不少生产、制造领域中的平面（如显示板，玻璃等）进行全自动测量。

   图3：超低接触角准确测量法

6. 出色的基于俯视测量法原理的接触角/润湿性和相关现象的表征技术。在强大的液滴图像检测技术和准确、可靠的加液技术（包括非接触加液技术）的辅助下，基于Laplace-Young液滴模型的高速俯视测量法适合于全范围、所有液体的接触角值的准确测量，尤其对于超低接触角值样品、大面积样品、复杂形貌样品、样品表面的高（位置）分辨率接触角/表面能分布测绘以及实时/在线测量等，这一方法的优势更是显而易见。

   对于下图这样不规则的液滴（而这样的液滴在许多实际样品表面上，当接触角值低于约50°，时常可以观察到）显然通过俯视法测量得到的平均或有效接触角值，比通过侧面法获得的单个截面的值，更有代表性和说服力。

   图4：俯视法测量样品表面明显不对称液滴的平均接触角值

   下图显示的是对大面积样品表面的高密度接触角分布测绘模板，液滴之间的间距分别为10（垂直方向）/ 9.8（水平方向） mm。图中的红点表示液滴测量位置，紫色面积表示样品平面。

   图5：俯视法测量大面积样品表面的测绘模板

7. 的固体表面自由能测量模板。为了进一步简化日常重复进行的表面自由能测量过程，减少操作人员的工作强度，减少出错的机会，提高测量速度和测量结果的可重复性，我们引入了表面自由能测量模板。它不但能够引导用户的具体操作，而且能够准确、可靠地判断已经完成/实现的步骤，从而自动地进入下一个测量步骤：引导但不强求。

   图6：固体表面自由能测量模板

8. 当前市场上最准确、成熟、自动化程度的基于悬滴分析的表面/界面张力测量方法。以及在此基础上，通过与其它自动化组件的紧密结合，发展起来的多种目前市场上的光学检测法，包括全自动悬滴分析动态表面/界面张力仪，全自动悬滴分析临界胶束浓度测量系统，全自动悬滴分析组成筛选系统，全自动悬滴分析实时表面活性/表面活性剂浓度监测系统等。

   图7：用悬滴法测量水的表面张力，显示出测量结果的高度稳定性

   下图是在一正己烷液相中形成的一水滴（悬滴），用来测量水/正己烷-体系的界面张力。图中的绿线表示理论计算得到的液滴轮廓线，它与实际得到的液滴图像轮廓之间的缝合程度展现出拟合结果的准确性。

   图8：水/正己烷-体系界面张力的测量

9. 我们采用的悬滴分析、计算法，不但准确、可靠，而且高速：能够实现每秒钟10次以上的分析计算，使得软件可以实时地监视悬滴的状态，通过结合相应的硬件（如加液装置）对悬滴进行准确控制和调制：控制/调制其体积/表面积恒定或按一定的模式变化，控制/调制悬滴在测量过程中始终处于理想的体积范围，以确保测量结果的准确性。

10. 软件与硬件之间的紧密结合：通过软件实现对硬件的自动控制不仅仅是指可通过点击按钮来控制移动动作，更多地在于将它充分、和谐地结合到测量任务中去：相机的分辨率和速度/自动液体分配单元/自动样品倾斜台/自动样品升降台等各种自动组件，被紧密地嵌入到软件和测量步骤中，可以预设运动方向、速度、持续时间、起始运动时间点和每一步前后的时间延迟，以及测量事件触发点。后者又可与用户定义的测量任务挂钩，得以在的时间或事件点自动启动的测量任务（如批量实时计算或录像等）。软件还为自动加液装置预设了6个加样模式和多种锁定模式，这样一来，使得许多复杂的测量任务往往可通过单次点击来实现。这具体表现在：

    • 一键式（静态）接触角/表面自由能的测量（与非接触式自动加液装置相结合时）；

    • 一键式全自动前进/后退角的测量

    • 一键式全自动倾斜台测量操作

    • 一键式全自动表面张力的测量

    • 一键式全自动临界胶束浓度CMC的测量

    • ...

通过测量我们想获得尽可能多的信息，而对于获得的信息我们首先要求它们准确、可靠，否则得到的信息不但对我们的工作毫无帮助，甚至造成破坏或带来损失。所以追求测量的准确以及在此基础上不断地引入新颖、的测量技术和分析、计算方法，同时尽可能地提高各种测量的自动化程度，减少工作强度，提高测量的舒适性，也将是我们未来发展的重点。

SurfaceMeter™ 演示视频

虽然我们的软件首先是为配置我们的仪器而研发的，但就测量、计算方法而言，它也可以支持多数的其它仪器。而且我们也已经拥有不少用户，他们购买了其它厂家的仪器，但后来更换采用我们的软件。软件也可以被应用于多数进口仪器上，而且能够直接支持不少公用的硬件。所以有意向的用户可以与我们联系。