什么是真正的接觸角測量儀? 圓擬合、橢圓擬合算法的接觸角測量儀僅僅屬于數(shù)碼顯微量角器而非界面化學(xué)領(lǐng)域的接觸角測量儀器

什么是真正的接觸角測量儀？

目前，商業(yè)化的名稱為“接觸角測量儀”或“水滴角測量儀”在市場上非常多。眾多的冠以“接觸角儀”的偽界面化學(xué)分析儀器嚴重影響了界面化學(xué)分析測試技術(shù)，特別是界面張力、接觸角測值技術(shù)的發(fā)展。

一、從接觸角測量儀測試的接觸角值的定義評估何為接觸角測量儀？

從接觸角的定義可以得出，接觸角是液體表面張力、固體表面自由能以及固液界面張力、重力互相作用而形成的一個物理化學(xué)指標項。通常情況下，接觸角用以表征固體材料的性質(zhì)，以及固體與液體的粘附效果的直接評估指標項。各個接觸角值數(shù)據(jù)為了進行對比，通常以水滴（二次蒸餾水，20攝氏度時表面張力值為72.8mN/m）測試固體表面的接觸角值為公布數(shù)據(jù)，該值也被稱為水滴角值。用水滴接觸角值評估固體表面性質(zhì)的接觸角儀也被稱為水滴角測量儀。

綜上而言，接觸角值不是簡單的一個幾何量角器而得到的度量值，而是綜合了表面張力、界面張力、重力等影響的一個非常復(fù)雜的物理化學(xué)指數(shù)，兩者之間有本質(zhì)的區(qū)別。水滴角測量儀則必須是指測定水的表面張力值后，測試探針水表面張力一致性的條件下，采用蒸餾水作為探針液體，表征固體表面物理化學(xué)性質(zhì)的測試儀器。

從接觸角的定義，可以得出接觸角測定儀的必須具有基本要求：

（1）測值方法應(yīng)綜合考慮表面張力、界面張力等因素的影響，測值結(jié)果與表面張力和界面張力相關(guān)；

（2）采用水滴作為探針液體的水滴角測量儀，必須提供測試水表面張力值的功能。

二、從“接觸角測量儀”的發(fā)展歷史來分析何為接觸角測量儀？

忽略表面張力和界面張力參與測值這個關(guān)鍵性條件要件外，商業(yè)化的“接觸角測量儀”（我們暫且將之統(tǒng)稱為接觸角測量儀，并以引號標出）可以分為三個階段：

1、20世紀50年代至80年代，以Zisman為代表的分劃板顯微量角器（goniometer): 其特征為顯微鏡放大小液滴圖片后，采用量角器工具量測角度值。測試結(jié)果沒有考慮表面張力和界面張力、重力的影響，僅僅從幾何角度分析所形成的輪廓在接觸點位置的切線。

2、20世紀80年代開始至今，數(shù)碼顯微量角器：

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及CCD相機的出現(xiàn)，Zisman為代表的顯微量角器技術(shù)升級至了數(shù)碼顯微量角器階段。

本階段的特征為采用數(shù)碼攝像機將圖片捕捉后，采用圖像識別與分析技術(shù)，采用幾何量角器（圓擬合、橢圓擬合、曲線尺）量測角度值。同樣，測試結(jié)果沒有考慮表面張力和界面張力、重力的影響，僅僅從幾何角度分析所形成的輪廓在接觸點位置的切線。

目前商業(yè)化的名稱為“接觸角測量儀"或水滴角測量儀，特別是中國制造的儀器，仍處于本階段的發(fā)展水平，其本質(zhì)上是采用計算機數(shù)碼技術(shù)的顯微量角器。

3、20世紀90年代開始，以A.W.Neumann教授團隊提出的ADSA-P測試算法為代表，”接觸角測量儀“在測試固-液或固體性質(zhì)時引入了表面張力（界面張力）參與測值，接觸角測量進而可以真正用于表征固體的物理化學(xué)性質(zhì)。因而，真正的界面化學(xué)測量領(lǐng)域的接觸角測量儀發(fā)明的標志是采用ADSA-P算法，也可稱為Young-Laplace方程擬合算法。在google搜索引擎中可以檢索到引用A.W.Neumann教授的文獻不計其數(shù)。可以說，ADSA-P算法是現(xiàn)代界面化學(xué)測試技術(shù)的基石。

三、綜述：

1、通常以圓擬合、橢圓擬合算法的接觸角測量儀僅僅屬于數(shù)碼顯微量角器而非界面化學(xué)領(lǐng)域的接觸角測量儀器，其無法真正表征出固體的真正的物理化學(xué)指標；

2、無論何種量角器測試儀器由于其沒有考慮表面張力、重力的影響，因而對于進液的精度與重復(fù)性有非常高的要求，即使做到了0.0001uL的精度，也無法確保其真正表征出固體的物理化學(xué)性質(zhì)；

3、ADSA算法是目前廣為接受的綜合考慮表面張力、界面張力、重力影響的測試固體接觸角或液體表面張力的測試的算法，只能采用了ADSA算法的顯微測量儀才算得上真正的”接觸角測量儀“

4、目前商業(yè)化的大部分”接觸角測量儀“是偽”接觸角“測量儀器。特別是中國制造的”接觸角測量儀“絕大部分只能稱為”數(shù)碼顯微量角器“，僅僅是將體視顯微鏡增加了一個滴液系統(tǒng)而已。其本質(zhì)上仍未改變其量角器的本性，無法用以表征固體的性質(zhì)。

5、接觸角測量并非是圓擬合或橢圓擬合這么簡單的幾何量測所能夠真正解決的。