TRACKER™
Tensiomètre de surface et rhéomètre interfacial
Tensiomètre de surface optique TRACKER™
TRACKER™ permet de caractériser les propriétés de surface et interfaciales grâce à l'analyse du profil des gouttes et des bulles.
Il combine les mesures de tension dynamique, l'angle de contact, la cinétique d'adsorption et la rhéologie dilatationnelle interfaciale en un seul instrument modulaire.
Que mesure TRACKER™ ?
Propriétés de surface et d'interface
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Tension superficielle
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Tension interfaciale
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cinétique d'adsorption/désorption
Mouillabilité
angle de contact
angle de contact dynamique
Rhéologie interfaciale
Module viscoélastique de dilatation
Élasticité et viscosité interfaciales
Réponse dynamique aux oscillations contrôlées de surface/volume
Caractérisation des tensioactifs
Concentration micellaire critique automatique (CMC)
Comment ça fonctionne ?
TRACKER™ L'appareil capture le profil d'une goutte ou d'une bulle et analyse sa forme grâce à l'analyse axisymétrique de la forme des gouttes (ADSA) . En ajustant le profil expérimental à l'équation de Young-Laplace, le logiciel TRACKER™ détermine la tension superficielle, la tension interfaciale ou l'angle de contact.
Le contrôle automatisé du volume permet également des mesures dynamiques, la cinétique d'adsorption et des oscillations contrôlées de la surface interfaciale pour la rhéologie de dilatation.
Caractéristiques et avantages clés de TRACKER™
Automatiser les mesures d'interface dynamiques
Contrôler le volume des gouttes ou des bulles et suivre l'évolution des propriétés de surface ou interfaciales au fil du temps.
Caractériser la rhéologie interfaciale
Appliquer des oscillations de zone contrôlée
pour quantifier la réponse viscoélastique
de l'interface.
Exécuter des protocoles expérimentaux complexes
Automatisation de l'échange de phase, détermination
de la CMC et des séquences de mesure avancées.
Adapter l'instrument à votre application.
Étendez TRACKER™ avec un module d'échange de phase, une céramique piézoélectrique, un capteur de pression et une cellule de pression.
Pétrole et gaz
Études sur la tension interfaciale, la mouillabilité, l'adsorption de tensioactifs et la récupération assistée du pétrole (EOR).
Produits chimiques et formulation
Caractérisation des tensioactifs, CMC, émulsification et rhéologie interfaciale.
Restauration
Adsorption des protéines et des tensioactifs, émulsions et stabilité interfaciale.
Cosmétiques et soins personnels
Formulation, mouillabilité et caractérisation de l'émulsion/interface.
Produits pharmaceutiques et sciences de la vie
Encapsulation, films interfacials et cinétique d'adsorption.
Configurations et modules TRACKER™
Module d'échange de phase dense TRACKER™
Étudier l'adsorption et la désorption en modifiant l'environnement
Le module d'échange de phase dense permet de remplacer le liquide entourant une goutte ou une bulle pendant la mesure, tout en maintenant une interface contrôlée. Il permet de suivre en temps réel les phénomènes d'adsorption et de désorption, de construire des couches interfaciales successives et d'étudier les interactions entre les molécules tensioactives dans des conditions environnementales variables. Entièrement piloté par logiciel, il peut être intégré à des séquences de mesure automatisées.
Module d'échange de phase TRACKER™
Modifier la composition à l'intérieur d'une goutte ou d'une bulle pendant la mesure
Le module d'échange de phase en goutte permet d'échanger le gaz contenu dans une bulle ou le liquide contenu dans une goutte, tout en maintenant son volume contrôlé. Il est ainsi possible d'étudier l'influence des variations de la phase interne sur les propriétés interfaciales et d'analyser l'adsorption séquentielle à l'interface. Ce module est particulièrement utile pour les échanges gazeux et pour les huiles opaques qui doivent être analysées sous forme de goutte dans une phase environnante transparente.
TRACKER™ Céramique piézoélectrique
Sonder la dynamique interfaciale rapide grâce aux oscillations de bulles à haute fréquence
Le module piézoélectrique céramique TRACKER™ génère des oscillations contrôlées à haute fréquence d'une bulle de gaz afin d'explorer la viscoélasticité interfaciale au-delà de la plage de mesure standard des seringues. Il est particulièrement utile pour l'étude des tensioactifs, des protéines, des polymères ou des particules dont la réponse interfaciale exige des cycles de compression-dilatation rapides. Entièrement piloté par logiciel, le module prend en charge les balayages de fréquence et les séquences d'oscillations complexes pour des études avancées de rhéologie interfaciale.
Capteur de pression TRACKER™
Détecter et caractériser la transition d'une interface liquide à une membrane interfaciale structurée
Le capteur de pression TRACKER™ mesure en temps réel la pression à l'intérieur d'une bulle de gaz et l'utilise pour calculer la tension à son sommet. Ceci permet d'étendre la caractérisation interfaciale à des situations où l'analyse classique de la forme des gouttes s'avère insuffisante, par exemple lorsqu'une membrane interfaciale structurée se forme et que la bulle s'écarte d'une forme laplacienne. Le module peut être utilisé seul ou combiné à la céramique piézoélectrique pour des études avancées de rhéologie interfaciale.
Cellule de pression TRACKER™
Caractériser les interfaces dans des conditions contrôlées de haute pression et de haute température
La cellule de pression TRACKER™ étend la caractérisation des surfaces et des interfaces aux conditions de fonctionnement les plus exigeantes, avec des mesures jusqu'à 200 bar et 200 °C. Elle permet d'étudier la tension superficielle et interfaciale, l'angle de contact et la rhéologie de dilatation interfaciale sous pression, ce qui la rend particulièrement pertinente pour les pétroles bruts, les systèmes CO₂ et CO₂ supercritique, ainsi que pour d'autres applications à haute pression.
TRACKER™ CMC
Déterminer automatiquement la concentration à laquelle les micelles commencent à se former.
Le module TRACKER™ Automatic CMC automatise la détermination complète de la concentration micellaire critique à partir de mesures de tension superficielle. Les solutions de tensioactifs sont dosées progressivement sous contrôle logiciel, tandis que TRACKER™ mesure la tension superficielle à l'équilibre pour chaque concentration et calcule automatiquement le point de concentration micellaire critique (CMC). Ceci permet d'optimiser le dosage des tensioactifs, de comparer les formulations et de caractériser leur comportement en fonction de la concentration.
Notes d'application et cas d'utilisation de TRACKER™
Erreur standard, cinq raisons de vérifier le profil de chute
Le tensiomètre à goutte TRACKER™ repose sur l'analyse de la forme d'une goutte laplacienne ; toute déviation introduit des erreurs de calcul. Par conséquent, le TRACKER™ évalue les résidus entre le profil laplacien théorique et le contour réel de la goutte afin de détecter ces déviations.
Cinq cas typiques de non-laplacie sont décrits : vibrations mécaniques, interruptions de profil dues à des bulles ou à de la poussière, bulles d’air emprisonnées dans des gouttes, films interfacials solides et profils mobiles. Chaque cas produit un motif résiduel caractéristique qui permet de diagnostiquer le problème de mesure.
L'analyse des résidus est une étape de contrôle qualité rapide et fiable pour des mesures interfaciales précises utilisant les méthodes de la goutte pendante ou de la goutte ascendante.
Comment mesurer les propriétés interfaciales des huiles solides avec TRACKER™
Les propriétés solidifiantes des huiles sont exploitées dans de nombreuses applications industrielles, alimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques. Ces propriétés proviennent de la capacité de certaines huiles à cristalliser, durcir ou former des structures solides dans des conditions spécifiques, telles que des variations de température ou des interactions avec d'autres substances.
Cependant, la mesure de la tension superficielle de ces huiles peut s'avérer complexe en raison de leur solidification, notamment lorsque leur point de fusion est élevé. Pour pallier cette difficulté, le tensiomètre à goutte TRACKER™ est équipé d'un porte-seringue spécifique permettant de chauffer l'échantillon à la fois dans la seringue et à l'extrémité de l'aiguille, garantissant ainsi des mesures précises.
Pour démontrer les capacités du TRACKER™, la tension superficielle de trois huiles solides (huile de coco, beurre et cire de paraffine) a été mesurée aux interfaces air-huile et eau-huile...
Rhéologie interfaciale, un outil pour sonder les interfaces
Bien que la tension superficielle permette de quantifier l'adsorption et l'activité interfaciale, elle ne peut décrire entièrement le comportement interfacial. Deux systèmes présentant la même tension superficielle peuvent avoir des propriétés macroscopiques très différentes.
L'application d'oscillations sinusoïdales à la surface interfaciale permet de déterminer le module viscoélastique interfacial (E)*, dont les composantes élastique (E′) et visqueuse (E″) révèlent la mobilité et la relaxation moléculaires. Par exemple, le SDS et les mélanges eau/IPA présentent des tensions superficielles similaires mais des réponses interfaciales distinctes : le SDS présente un comportement viscoélastique marqué, contrairement à l'IPA.
Cette technique permet ainsi de distinguer les interfaces simplement actives en surface de celles présentant une réponse élastique ou visqueuse significative, essentielle à la stabilité des mousses et des émulsions. La rhéologie interfaciale est donc indispensable pour relier les interactions à l'échelle moléculaire aux propriétés macroscopiques telles que la stabilité et la texture des mousses, des émulsions et des dispersions.
Influence de la fréquence, de l'amplitude et de la concentration sur le module viscoélastique interfacial
Le module viscoélastique interfacial dépend de trois paramètres expérimentaux clés : la fréquence d’oscillation, l’amplitude et la concentration de la solution. À l’aide du TRACKER™, des mesures ont été réalisées sur des interfaces stabilisées par des protéines, des polysaccharides et des émulsions de bitume.
À faible amplitude ou fréquence, les molécules ont le temps de diffuser et de se réorganiser ; à des fréquences plus élevées, les interfaces présentent un comportement plus élastique. L’augmentation de la fréquence accroît le module d’élasticité (E′) mais diminue le module de viscosité (E″), conformément aux modèles d’adsorption limités par la diffusion. L’effet d’amplitude montre que de fortes déformations peuvent fragiliser le réseau interfacial, notamment dans les mélanges de protéines végétales et laitières. L’effet de concentration suit souvent une courbe en cloche, avec une élasticité maximale pour un taux de recouvrement de surface intermédiaire.
L'étude conclut que E* n'est pas une constante intrinsèque du matériau mais dépend du régime de sollicitation mécanique, soulignant ainsi la nécessité de protocoles de mesure bien définis.
Rhéologie interfaciale : illustrations micro et macro
Cette note établit un lien entre les propriétés interfaciales à l'échelle moléculaire et la stabilité macroscopique des mousses et des émulsions.
Les molécules tensioactives confèrent aux interfaces un comportement élastique et visqueux, quantifié par le module viscoélastique interfacial.
À l'échelle microscopique, la mesure de E′ et E″ permet de suivre l'adsorption moléculaire, la dynamique des réactions ou la désorption des particules (par exemple, la déstabilisation du chitosane induite par le CO₂). À l'échelle macroscopique, les systèmes présentant une élasticité de surface plus élevée sont plus stables face à la coalescence, au drainage et au mûrissement d'Ostwald. Dans les émulsions, la présence de films interfacials rigides est corrélée à une stabilité à long terme accrue (≥ 30 jours).
Globalement, la rhéologie interfaciale fait le lien entre les interactions moléculaires et les propriétés des matériaux en vrac, fournissant un paramètre puissant pour la caractérisation des interfaces fluide/fluide.
Le dépôt d'une monocouche de phospholipides à l'interface huile-eau
Les monocouches jouent un rôle essentiel aux interfaces entre phases non miscibles et peuvent être formées de lipides, de polymères, de protéines, d'asphaltènes ou de particules. Cette application illustre la formation d'une monocouche de phospholipides à l'interface huile-eau et montre comment TRACKER™ permet de suivre son adsorption et ses propriétés interfaciales. De telles interfaces modèles sont particulièrement pertinentes pour l'étude des émulsions, des gouttelettes lipidiques et des membranes biologiques.
Comment contrôler la pression de surface d'une interface
À l'aide du tensiomètre à goutte TRACKER™, des phospholipides ont été adsorbés à l'interface huile/eau, et la pression de surface a été ajustée en comprimant ou en dilatant la goutte. L'augmentation de la surface dilue la monocouche, ce qui accroît la tension superficielle, tandis que la compression augmente la compacité des phospholipides et la diminue.
Après l'équilibre d'adsorption, des expansions et des compressions séquentielles ont permis la création d'interfaces avec différentes pressions contrôlées allant de 5 à 28 mN/m.
Cette méthode permet d'étudier l'adsorption, la désorption et les propriétés rhéologiques des films interfacials sous différentes pressions. Cette approche est particulièrement pertinente pour la modélisation des membranes biologiques et des gouttelettes lipidiques, où les phospholipides déterminent la stabilité interfaciale.
Comment déterminer la pression de surface maximale d'une molécule
La pression de surface maximale (ΠMAX) définit la limite au-delà de laquelle une molécule adsorbée est éjectée d'une interface.
À l'aide du tensiomètre à goutte TRACKER™, des protéines ont été adsorbées à l'interface huile/eau et soumises à des cycles successifs de compression et d'expansion. Les variations de tension superficielle (Δγ) ont été enregistrées afin de déterminer si les molécules restaient adsorbées ou désorbées.
Pour la protéine A, ΠMAX = 14,6 mN/m, ce qui indique une désorption à pression modérée, tandis que la protéine B est restée fortement liée. Ce paramètre permet de classer les molécules selon leur affinité interfaciale et leur stabilité mécanique.
Cette méthode permet une analyse détaillée de la dynamique d'adsorption-désorption moléculaire, cruciale en biologie, en cosmétique et dans les systèmes émulsionnés .
Comment déterminer la pression d'exclusion de surface d'une molécule
La pression d'exclusion de surface (Πₑ) représente la pression maximale au-dessus de laquelle une molécule ne peut plus s'insérer dans une monocouche lipidique.
À l'aide du tensiomètre TRACKER™, une interface huile/eau a été recouverte de phospholipides, et des protéines ont été injectées à différentes pressions de surface. La pression supplémentaire induite par l'adsorption des protéines (ΔΠ) a été mesurée ; lorsque ΔΠ = 0, l'adsorption a cessé, identifiant ainsi Πₑ.
Ce paramètre quantifie l'affinité des biomolécules pour les interfaces lipidiques, influencée par la charge lipidique, l'état de phase et les conditions de la sous-phase.
Cette méthode permet de mieux comprendre les mécanismes d'insertion moléculaire et les interactions protéine-lipide.