KSV NIMA界面剪切流变仪

KSV NIMA 界面剪切流变仪提供了一种灵敏的测试流体界面（气/液和液/液）薄膜剪切性能的方法。可同步测量界面粘弹性和表面压，测试的同时也能够控制薄膜组装密度。

应用

薄膜的应力和形变之间的关系定义了其流变属性。在人体内和工业领域中的绝大部分薄膜属于粘弹性薄膜，即应力和形变的关系介于纯粘性和纯弹性之间。

流变特性对确定产品的稳定性极为重要，在很多工业领域都有其应用。例如蛋白质、聚合物、色素、氟代烷和其他乳化剂都属于强分散系稳定剂，可广泛应用于制药、化妆品和食品工业。

KSV NIMA界面剪切流变仪（ISR）可以用于：

1. 预测乳液和泡沫的稳定

界面的粘弹性特点可以预测一个复杂流体的稳定性。胶束/液滴的融合和分离很大程度上依赖于界面粘弹性。

2. 决定薄膜的结构

可以通过检测薄膜的粘弹性行为来检测网状结构、氢键和其他相互作用的存在。

3. 检测相转变

薄膜的相转变会导致其流变特性的变化（在其Langmuir等温压缩特性上有时并不显现）。

4. 实时监测界面反应

界面上的界面凝胶化、网状结构的形成及蛋白质变性都能够通过其粘弹性的变化来检测。

5. 连续监测分子在界面上的吸附

特别是在生物系统中，界面或者表面的吸附和脱附能够改变其粘弹性。细胞内的很多过程，如细胞分裂高度依赖于膜的流变特性。

工作原理

就流变技术而言，与传统的旋转流变仪相比，此方法在技术上是一个巨大的突破：传统的旋转流变仪在探测发生在只有几个纳米厚度的薄膜上的流变现象时缺乏足够的灵敏度。

该设备通过磁场驱动放置于气-液或者液-液界面上的磁化探针运动，其运动过程通过顶端的相机记录。通过测量探针的运动，能够计算出界面薄膜的弹性模量和粘性模量等信息。

测试选项

动态测量

在动态测试中，仪器能够同时提供弹性（存储）和粘性（损失）模量，分别为G’(ω) 和G”(ω)。这两个模量的数量级关系能够立马给出测量的薄膜更接近一个弹性薄膜或者更接近一个粘性流体膜。这些定量数值可以转化为动态、界面粘弹性：μs*。测量可以作为频率、时间、应力、温度或者表面压力的函数。

能够测量的参数：

弹性（存储）模量，G’

粘性（损失）模量，G’’

动态界面粘弹性，μs*

静态测量

在蠕变测量模式中，仪器提供被测试系统的流变行为更加接近一个理想的牛顿流体（粘壶模型）或是一个理想的弹性体(弹簧模型)。粘弹性系统因为包含了两种模型系统的元素而更加复杂。这些系统可以通过Maxwell 和Kelvin-Voigt 模型进行模型化。薄膜界面的粘弹性，ηs，储存模量，G，和弛豫时间，τ等参数都能够通过这些模型计算出来。

能够测量：

表/界面粘弹性，ηs

弹性模量，G

弛豫时间，τ

产品种类

KSV NIMA ISR可以配备KSV NIMA Langmuir槽（或液-液界面槽）来同时控制薄膜的组装密度，或配备低容积测量槽来处理小面积界面区域从而减少亚相体积。

因为整合了高灵敏度的Wilhelmy天平，两种系统都能够测量表面压。Langmuir槽和低容积测量槽都被分为上下两个分区，以此来同时满足气-液和液-液界面薄膜粘弹性测量的需求。

配备Langmuir槽的KSV NIMA ISR

由于在KSV NIMA ISR中整合了Langmuir槽或者液-液界面槽，测试系统在测量过程中能够控制可溶性和不可溶性的薄膜的压缩。和任意一款KSV NIMA Langmuir槽一样，系统能够测量等温线，等压线和界面震荡流变。请参考KSV NIMA Langmuir槽 和Langmuir-Blodgett槽产品单页来了解更多关于Langmuir槽的信息。

配备低容积测量槽的KSV NIMA ISR

对于珍贵的样品或亚相，可以使用亚相体积4.7ml的KSV NIMA低容积测量槽，它也是研究界面上的材料吸附和反应的理想工具。槽体上方使用石英玻璃来降低亚相蒸发和气流扰动，而集成的循环水浴可将温度控制在10-60度之间。槽体两端各自的注射孔有利于样品向亚相的注入，也可在测量中逐渐更换亚相。

测试实例

图1利用界面粘性与时间的对应关系阐明了位于水-癸烷界面的蛋白质单层（）界面粘弹性演变的过程，同时也提供了表面压随时间的变化曲线。界面粘弹性的变化展示了界面上的蛋白质作为一个粘弹性的“皮肤”，其吸附、界面粘性和蛋白交联与时间的对应关系，界面压的数据可作为界面流变的数据的补充。

图2利用一个配备低容积测量槽的KSV NIMA ISR，分别监测了注射到亚相的20 mg/ml的分别在气-液界面（AW）和油-水界面（OW）上粘弹性变化的过程（使用单频率扫描模式，测量频率0.1Hz）。图2给出了在两个实验中存储模量和损失模量的变化。实验中在0s时刻注射。在气-液界面，蛋白质的吸附对界面粘弹性的变化只有微弱的影响，整个过程没有网状结构形成，吸附终止于一个平衡态且粘性特征始终处于支配地位。在油-水界面，界面弹性增加的速度明显高于粘性的增加，且在实验进行11600s后（3.2小时）最终到达凝胶点。

产品优点

KSV NIMA ISR是测试表面和界面弱粘性和弹性模量领域灵敏度的流变仪。

创新性的探针与仪器集成的非接触式技术增加了灵敏度：磁场驱动模式消除了对机械连接的需求。因为没有探针穿越上层液相，此特点对于液-液界面的测量尤其有用。

特殊优化设计的低惰性疏水探针，能有效提高灵敏度，并使其的“漂浮”于界面。

平衡状态下进行静态和动态流变测量。

与扩张流变（界面处于变动中）相比，ISR技术能对固定界面进行测量。

由于能够轻松与KSV NIMA Langmuir槽整合，ISR能够实现对精准控制单层组装密度。

市场上能够同时实现表面压测量和单层分子压缩和扩张的流变仪。

当使用低容积测量槽时，能够实现体积低至4.7 ml的测量。对于昂贵化合物和亚相液体，低容积测量槽不但节约时间，而且节约成本。

内置有数据作图选项，能够在一个图中看到多重测量结果。测试数据能够轻松地导出成一个数据文件且适合普通作图软件读取。

能够实时实现多参数的设置和控制测量：

频率

应力

应变

温度

表面压

组装密度（通过KSV NIMA Langmuir槽）

技术参数

测量

动态模量分辨率：0.001 mN/m

频率范围： 0.06 to 25 rad/s (0.01 to 4Hz)

应变范围： 3x10^–4 - 1

仪器尺寸(L x W x H)

配备KSV NIMA Langmuir槽：908 mm x 370 mm x 700 mm
配备低容积测量槽：190 mm x 370 mm x 700 mm

（包含了膜压传感器界面单元：158 x 209 x 273 mm）

低容积测量槽内部尺寸(L x W x H)

下部分区（重相）：120 x 11 x 6.5 mm (4.7 ml)
上部分区（轻相）：120 x 19.6 x 6 mm (13.9 ml)

仪器重量

配备KSV NIMA Langmuir槽：35Kg

配备低容积测量槽：25Kg