一、实验目的

1. 建立Kibron仪器测试高粘度DES低共熔溶剂表面张力的标准化操作流程，明确探针接触液面之后的平衡时间设置规范。

2. 区分机械弛豫平衡时间与界面分子重排平衡时间，厘清DES粘度大小对两项时间参数的影响规律。

3. 确立客观的平衡判定标准，不单纯依靠固定时长，结合张力读数波动阈值判断真实平衡状态，获得可靠的静态平衡表面张力。

4. 消除高粘流体残余应力、液面形变、探针挂液带来的系统误差，实现不同配比DES溶剂之间表面张力数据横向可比。

二、仪器材料与试剂准备

1. 仪器

芬兰Kibron榴莲视频APP下载，EZ‑Pi Plus单通道或者Delta‑8高通量机型，DyneProbe超细合金微丝探针，温控样品台，配套Kibron分析软件。旋转流变仪，用于测定DES实际粘度。防震实验台，超纯水机。单通道选用货号3640 PTFE样品杯，高通量使用DynePlate 96孔微孔板。

2. 试剂与样品

不同配比低共熔溶剂DES，氯化胆碱‑乙二醇、氯化胆碱‑乳酸、氯化胆碱‑柠檬酸等体系，粘度跨度几百至十几万mPa·s。设置空白参照，对应DES的纯组分参照样。DES对水分敏感，实验全程尽量隔绝空气中水汽。

3. 耗材

PTFE样品杯，低吸附离心管，无水乙醇，异丙醇。探针清洁耗材，高温灼烧装置。DES极易吸水，所有容器提前烘干除水。

4. 仪器校验准备

仪器放置防震台面，远离空调直吹，整机通电预热60min，关闭防风罩。DyneProbe探针高温灼烧处理，去除有机残留，冷却至室温。25℃超纯水开展张力校准，纯水表面张力稳定72.0‑72.8mN/m，通道偏差小于0.2mN/m，基线漂移小于±0.02 mN/m方可开始样品测试。测试温度固定25.0±0.5℃。高粘度DES建议提前测定实际粘度，作为平衡时间设置参考依据。

三、DES低共熔溶剂样品制备

1. DES配制。按照摩尔比配制低共熔溶剂，加热搅拌至形成均一透明液相，密封冷却。严格控制水分含量，水分会显著改变DES粘度与表面张力。每组样品设置3份平行。

2. 样品预处理。配制完成的DES不进行过滤，避免吸水。沿杯壁缓慢转移至PTFE样品杯，禁止剧烈倾倒，防止卷入微小气泡。高粘度DES带入气泡很难自行消除，出现气泡的样品作废。

3. 样品恒温预平衡。装入样品杯之后，放置于温控台，恒温静置30‑60 min。该步骤是样品本体预平衡，用来消散流体内部剪切应力，让液面充分平整，不属于探针接触后的平衡时间。粘度越高，预恒温时间相应延长。

4. 样品体积。单通道测试体积150‑200 μL，Delta‑8高通量每孔50μL。DES易吸潮，样品杯尽量加盖，减少水汽吸收。

四、Kibron上机完整操作流程以及探针平衡时间设置标准

1. 软件参数设置

新建静态表面张力测试程序，测试温度25℃。探针下降速度设置0.5‑1 mm/min，不能使用普通水溶液的2 mm/min，下降过快会挤压高粘DES，造成液面变形产生虚假力信号。探针浸入液面深度0.3 mm。开启连续记录模式，完整记录探针接触液面之后张力随时间变化曲线。

2. 平衡时间分级设置参考标准

DES探针接触液面之后分为两段平衡，机械弛豫平衡、界面分子重排平衡。

粘度小于1000 mPa·s的DES，机械弛豫3‑5 min，总设置平衡等待时间8‑10 min。

粘度1000‑10000 mPa·s的中高粘DES，机械弛豫5‑10 min，总设置平衡等待时间15‑20 min。

粘度大于10000 mPa·s极高粘DES，机械弛豫10‑20 min，总设置平衡等待时间25‑40 min。

不建议无限制延长时间，DES会缓慢吸水，时间过长会改变体系物性。

3. 平衡客观判定依据，不能只看预设时间

探针接触液面开始计时，软件持续采集张力，当连续180 s之内张力读数波动小于±0.2 mN/m，认为达到真正平衡，记录平衡张力数值。如果到达预设最长等待时间，张力仍然持续单向漂移，说明样品未达到平衡，需要重新制备样品，延长等待时间。

4. 上样测试步骤

将恒温预平衡完成的DES样品放置在样品台，确认液面平整无扰动。控制探针低速下降，微丝探针轻柔接触DES液面，进入浸入深度。启动计时，开始执行探针后平衡等待，全程关闭防风罩，严禁触碰台面。等待达到平衡判定条件后记录平衡表面张力。

5. 探针清洗流程

DES粘度高，极易挂附在探针表面。每完成一个样品测试，升起探针，异丙醇充分冲洗探针，高温灼烧去除DES残留，冷却之后再进行下一样品。探针表面残留DES会造成下一组样品读数持续偏高。全部样品测试结束，PTFE样品杯用热异丙醇浸泡刷洗，烘干备用。

6. 测试顺序

先做超纯水基线校验，再做DES纯组分参照，最后测试各组DES样品。全部测试结束再次复测纯水，若纯水张力偏差大于0.2 mN/m，说明探针存在残留污染，本组全部数据作废，探针重新灼烧清洗后复测。每个样品至少2次技术平行。

五、数据处理

1. 导出探针接触液面之后完整张力‑时间曲线，剔除基线漂移大于0.2 mN/m的数据。

2. 读取满足平衡判定条件下的平衡表面张力，记录对应的总探针平衡等待时长，同时记录样品实际粘度、水分含量。

3. 对比不同粘度DES的张力变化，分析粘度、组分、水分对DES表面张力的影响。

4. 注意，DES粘度本身会带来探针机械力弛豫，不是界面吸附动力学，不要把机械弛豫阶段的张力变化当成界面吸附过程。

六、关键细节与质量控制

1. 样品预恒温静置和探针接触后的平衡时间是两个独立环节，不能互相替代。预恒温用来消散装样带来流体剪切应力；探针后平衡用来消除探针浸入扰动带来的液面形变、毛细力弛豫。

2. 下降速度必须降低，高粘度DES流体流动性差，探针快速下压会挤压液面，产生虚假拉力，造成张力读数虚高。

3. DES极易吸水，水汽会同时降低粘度和改变表面张力，整个测试过程尽量缩短敞口时间，湿度尽量控制40‑50%，高湿环境会带来数据漂移。

4. 不要直接照搬低粘度水溶液的几十秒平衡时间，对于高粘度DES，时间不足会停留在机械弛豫阶段，得到偏高的虚假表面张力。

5. 以张力读数波动阈值作为第一判定标准，预设时间仅作为参考上限。不同配方DES分子相互作用不同，即使粘度接近，实际平衡需要时间也会存在差异。

6. 高粘DES很难产生气泡，但装样操作不当引入微小气泡，会造成张力曲线剧烈抖动，必须重新制备样品。

7. 测试温度波动严格控制±0.5℃以内，温度变化同时改变DES粘度和表面张力，温度波动会造成平衡时间和张力双重误差。