Método Du Noüy-Padday

Técnica de laboratorio para medir la tensión superficial

El método de du Noüy-Padday es una versión reducida del método del anillo de du Noüy, que reemplaza el gran anillo de platino por una varilla delgada que se utiliza para medir la tensión superficial de equilibrio o la tensión superficial dinámica en una interfaz aire-líquido. En este método, la varilla se orienta perpendicularmente a la interfaz y se mide la fuerza ejercida sobre ella. Basado en el trabajo de Padday, ^[1] este método se utiliza ampliamente en la preparación y el control de películas Langmuir-Blodgett , el desarrollo de tintas y recubrimientos, la selección farmacéutica y la investigación académica.

Descripción detallada

La varilla de Padday de Du Noüy consiste en una varilla que, por lo general, tiene un tamaño de unos pocos milímetros cuadrados y forma un pequeño anillo. La varilla suele estar hecha de un material metálico compuesto que puede rasparse para garantizar una humectación completa en la interfaz. La varilla se limpia con agua, alcohol y una llama o con un ácido fuerte para garantizar la eliminación completa de los surfactantes. La varilla se fija a una báscula o balanza mediante un gancho metálico fino. El método de Padday utiliza el método de fuerza de tracción máxima, es decir, la fuerza máxima debida a la tensión superficial se registra cuando la sonda se sumerge primero aproximadamente un mm en la solución y luego se retira lentamente de la interfaz. Las principales fuerzas que actúan sobre una sonda son la flotabilidad (debida al volumen de líquido desplazado por la sonda) y la masa del menisco adherido a la sonda. Esta es una técnica antigua, confiable y bien documentada. ^{[1] [2] [3] [4] [5]}

Una ventaja importante de la técnica de fuerza de tracción máxima es que el ángulo de contacto de retroceso en la sonda es prácticamente cero. La fuerza de tracción máxima se obtiene cuando la fuerza de flotabilidad alcanza su mínimo.

La medición de la tensión superficial utilizada en los dispositivos Padday basada en el método de fuerza de tracción máxima/anillo de Du Noüy se explica con más detalle aquí:

La fuerza que actúa sobre la sonda se puede dividir en dos componentes:

i) Flotabilidad resultante del volumen desplazado por la sonda, y

ii) la masa del menisco del líquido adherido a la sonda.

Este último está en equilibrio con la fuerza de tensión superficial, es decir

${\displaystyle \tau _{p}\gamma \cos \theta =m_{m}g}$

dónde

• ${\displaystyle \tau _{p}}$es el perímetro de la sonda,
• ${\displaystyle m_{m}}$es la tensión superficial y el peso del menisco bajo la sonda. En la situación considerada aquí, el volumen desplazado por la sonda está incluido en el menisco.
• ${\displaystyle \theta }$es el ángulo de contacto entre la sonda y la solución que se mide, y es insignificante para la mayoría de las soluciones con las sondas de Kibron.

Por lo tanto, la fuerza medida por la balanza viene dada por

${\displaystyle F_{p}=m_{m}g+F_{buoyancy}=\tau _{p}\gamma \ +F_{buoyancy}}$

dónde

• ${\displaystyle F_{p}}$es la fuerza que actúa sobre la sonda y
• ${\displaystyle F_{buoyancy}}$es la fuerza debida a la flotabilidad.

En el punto de desprendimiento, el volumen de la sonda sumergida en la solución desaparece y, por lo tanto, también el término de flotabilidad. Esto se observa como un máximo en la curva de fuerza, que se relaciona con la tensión superficial a través de

${\displaystyle \gamma ={\frac {F_{max}}{\tau _{p}}}}$

La deducción anterior es válida para condiciones ideales. Las no idealidades, por ejemplo, las causadas por defectos en la forma de la sonda, se compensan parcialmente en la rutina de calibración utilizando una solución con tensión superficial conocida.

Ventajas y práctica

A diferencia de un anillo de Du Noüy, no se requieren factores de corrección para calcular las tensiones superficiales. Debido a su pequeño tamaño, la varilla se puede utilizar en instrumentos de alto rendimiento que utilizan una placa de 96 pocillos para determinar la tensión superficial. El pequeño diámetro de la varilla permite su uso en un pequeño volumen de líquido, utilizándose muestras de 50 l en algunos dispositivos. ^[6] ${\displaystyle \mu }$

Además, la varilla también permite su uso en el método Wilhelmy, ya que no se retira por completo durante las mediciones. Para ello, la tensión superficial dinámica se puede utilizar para determinar con precisión la cinética de la superficie en una amplia gama de escalas de tiempo.

La técnica Padday también ofrece una baja variación de operación y no necesita una mesa antivibración. Esta ventaja sobre otros dispositivos permite que los dispositivos Padday se puedan utilizar en el campo fácilmente. La varilla, cuando está hecha de material compuesto, también tiene menos probabilidades de doblarse y, por lo tanto, es más barata que la varilla de platino más costosa que se ofrece en el método de Du Noüy.

En un experimento típico, la varilla se baja utilizando un dispositivo manual o automático hasta la superficie que se está analizando hasta que se forma un menisco y luego se levanta de manera que el borde inferior de la varilla se encuentre sobre el plano de la superficie no alterada. Una desventaja de esta técnica es que no se puede enterrar la varilla en la superficie para medir la tensión interfacial entre dos líquidos.

Usos prácticos

Los usos prácticos de un instrumento que utiliza una sola sonda son que permite el desarrollo de un dispositivo de alto rendimiento. Un dispositivo de tensión superficial de alto rendimiento se puede utilizar para la formulación en tiempo real para comprender la penetración de fármacos en la barrera hematoencefálica (BHE) , comprender la solubilidad de los fármacos, desarrollar una pantalla para probar la toxicidad de un fármaco, determinar las propiedades fisicoquímicas de los fosfolípidos oxidados y desarrollar nuevos surfactantes/polímeros.

Penetración de fármacos en la BHE

El perfil fisicoquímico de fármacos candidatos poco solubles realizado mediante un dispositivo de tensión superficial HTS permitió predecir la penetración a través de la barrera hematoencefálica .

Desarrollo de una pantalla para evaluar la toxicidad de un fármaco

Se correlacionó la presencia de complejos fármaco-lípido con un dispositivo de tensión superficial de alto rendimiento para predecir la fosfolipidosis en fármacos catiónicos particulares.

Comprender la solubilidad de los fármacos

La solubilidad de los fármacos se ha determinado anteriormente mediante el método de agitación. Un dispositivo de alto rendimiento de 96 pocillos ha permitido desarrollar un nuevo método para analizar fármacos.

Fosfolípidos oxidados

Las propiedades fisicoquímicas de los lípidos oxidados se caracterizaron utilizando un dispositivo de alto rendimiento. Dado que estos lípidos oxidados son caros y solo están disponibles en pequeñas cantidades, es mejor utilizar un dispositivo de tensión superficial que requiera solo una pequeña cantidad de volumen.

Desarrollo de nuevos surfactantes/polímeros

Los perfiles de tensión superficial de las soluciones de copolímeros ramificados se realizaron utilizando un tensiómetro de superficie HTS en función de la concentración de polímero para producir gotas de emulsión de agregación activadas por el pH.

Véase también

• Tensiómetro (tensión superficial)
• Método del anillo de Du Noüy
• Técnica de la gota sésil
• Método de placas de Wilhelmy

Referencias

1. Padday, JF, Pitt, AR, Pashley, RM, 1974, "Meniscos en la superficie libre de un líquido: tensión superficial a partir de la fuerza máxima de tracción sobre una varilla", J. Chem. Soc., Far. Trans. I, 71(10), 1919–1931 (1974)
2. Fischer, H., Gottschlich, R., Seelig, A., "Permeación de la barrera hematoencefálica: parámetros moleculares que rigen la difusión pasiva" J.Membrane Biol. 165, 201–211 (1998)
3. Christian, SD, Slage, AR, Tucker, EE y Scamehorn, JF, "Método de tensión superficial por tracción vertical invertida", Langmuir, 14(X), 3126–3128 (1998)
4. Harkins, WD y Jordan HF, "Un método para la determinación de la tensión superficial e interfacial a partir de la fuerza máxima de tracción sobre un anillo", J. Am. Chem. Soc., 52(5), 1751–1772 (1930)
5. Freud, BB y Freud HZ, "Una teoría del método del anillo para la determinación de la tensión superficial", J. Am. Chem. Soc., 52(5), 1772–1782 (1930)
6. Suomalainen, P., Johans, C., Söderlund, T. y Kinnunen PKJ, "Perfiles de actividad superficial de fármacos aplicados a la predicción de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica", J. Med. Chem., 47(7), 1783–1788 (2004)