Ringtensiometer

Die Ringtensiometrie wird in der Industrie zur Qualitätskontrolle in der Produktion von Tensiden, Reinigungsmitteln, Klebstoffen, Farben, Lacken und anderen Produkten verwendet. In der Forschung und Entwicklung wird sie zur Analyse von Emulsionen, Benetzungsverhalten und Grenzflächenphänomenen eingesetzt. Bei der Prüfung von Schutzkleidung (z. B. OP-Kitteln) gegen die Penetration durch Blut wird nach dem Prüfstandard ASTM F1670 synthetisches Blut mit einer definierten, an den unteren Bereich der physiologischen Oberflächenspannung von Blut angeglichenen Oberflächenspannung verwendet; deren Einhaltung wird mittels Du-Noüy-Ringtensiometer kontrolliert.^[3]

Ein Ringtensiometer besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:

Der eigentliche Messring besteht meist aus einer Platin-Iridium-Legierung.^[4] Die Legierung ist chemisch inert und besitzt eine hohe Oberflächenenergie, wodurch sie von den meisten Flüssigkeiten vollständig benetzt wird. Vor jeder Messung wird der Ring gereinigt und kurz ausgeglüht, um Rückstände oder Kontaminationen von der Oberfläche zu entfernen.

Der Ring hängt an einem Bügel, der über einen Torsionsdraht oder – bei modernen Geräten – über einen elektronischen Kraftsensor mit dem Gehäuse verbunden ist. Dieser erfasst die auf den Ring einwirkende Zugkraft kontinuierlich während des Anhebevorgangs.

Das Probengefäß steht auf einem höhenverstellbaren Probentisch, der über einen motorisierten Hubmechanismus mit definierter, langsamer und konstanter Geschwindigkeit abgesenkt wird. Dadurch wird der Ring relativ zur Flüssigkeitsoberfläche kontrolliert angehoben, bis der Flüssigkeitsfilm abreißt.

Die zu untersuchende Flüssigkeit befindet sich in einem Glasgefäß mit definiertem Durchmesser, das bei manchen Geräten mit einem Thermostatmantel zur Temperierung ausgestattet ist, da die Oberflächenspannung temperaturabhängig ist.

Vor Messreihen wird das Gerät mit Referenzflüssigkeiten (z. B. destilliertem Wasser) oder Kalibriergewichten nullpunktkalibriert, um systematische Messfehler zu minimieren.

Ringtensiometer werden in unterschiedlichen Ausführungen angeboten:

• Mechanische (klassische) Tensiometer mit Torsionsdraht und manueller Ablesung, bei denen der Ring bis zum Abreißen des Flüssigkeitsfilms angehoben wird (klassisches Abreißverfahren).
• Halbautomatische und vollautomatische Tensiometer mit elektronischem Kraftsensor, motorisiertem Probentisch und automatischer Berechnung der Oberflächenspannung; sie ermöglichen zudem eine wiederholte Kraftmessung ohne Abriss der Lamelle.
• Viele moderne Geräte lassen sich zusätzlich für die Wilhelmy-Plattenmethode als alternatives Messverfahren nutzen und bieten eine Temperiereinheit für Messungen bei definierter Temperatur.

Die Messmethode beruht auf der Ringmethode nach Du Noüy.^[4] Dabei wird der Ring in die Flüssigkeit getaucht und anschließend langsam angehoben. Hierbei misst das Gerät die maximale Zugkraft, die auf den Ring einwirkt, kurz bevor der Flüssigkeitsfilm abreißt. Aus der ermittelten Maximalkraft und dem Umfang des Ringes sowie einem Korrekturfaktor, der das Gewicht der angehobenen Flüssigkeit berücksichtigt, wird die Oberflächenspannung in Millinewton pro Meter (mN/m) berechnet.^[4][5] Gebräuchliche Korrekturverfahren sind die Zuidema-Waters-, Huh-Mason- und Harkins-Jordan-Korrekturfaktoren, wobei letztere als am genauesten gelten.^[6]

Das Ringtensiometer selbst gilt als Labor- bzw. Prüfmessgerät und fällt in der Regel nicht unter die Medizinprodukteverordnung. Die Durchführung der Messung ist in Normen wie ISO 304, DIN 53914 und EN 14370 (Bestimmung der Oberflächenspannung grenzflächenaktiver Stoffe) standardisiert.^[7] In regulierten Bereichen wie der pharmazeutischen Qualitätskontrolle oder der Prüfung von Schutzkleidung erfolgt der Einsatz im Rahmen von GMP- bzw. GLP-Qualitätsmanagementsystemen und anhand der jeweils einschlägigen Prüfnormen (z. B. ASTM F1670 für Schutzkleidung).