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Goniometermikroskop

Kontaktwinkelmikroskop (OCA 20, DataPhysics, Filderstadt)

Allgemeines / Verwendung

Die Benetzungseigenschaften eines Bodens, also das Verhalten gegenüber Wasser, wirken sich auf die hydraulischen Funktionen (z.B Infiltration, Wasserverteilung) und damit korrelierte Parameter wie Pflanzenwachstum oder mikrobiellen Abbau aus. Man unterscheidet spontanes Spreiten (CA=0°; “hydrophil“), nicht spontanes Spreiten (CA>0<90°; “subkritische Benetzungshemmung“) und Tropfenbildung (CA≥90°). Bestimmt werden die Benetzungseigenschaften häufig über den Kontaktwinkel (CA), der sich an der 3-Phasen-Grenze fest/flüssig/gasförmig ausbildet.

Mit dem Kontaktwinkelmikroskop werden CA nach der sessile drop-Methode (SDM) direkt durch Anlegen von Tangenten auf beiden Seiten eines auf die Probenoberfläche aufgesetzten Tropfens bestimmt. Die Verwendung von Flüssigkeiten mit verschiedenen Oberflächenspannungen und Polaritäten erlaubt die Berechnung der freien Oberflächenenergie (SFE).

 

Funktionsprinzip

Mit einer Videokamera werden das Aufsetzen eines Tropfens auf die Probenoberfläche und die zeitliche Veränderung des Kontaktwinkels aufgezeichnet. Der CA wird mit der Software SCA20 (DataPhysics, Filderstadt) direkt nach dem Aufsetzen (“initialer CA“) und nach (üblicherweise) 1 Sekunde und 5 Sekunden bestimmt. Die Probe ist mit doppelseitigen Klebeband auf einem Objektträger fixiert (idealerweise eine ein-Korn-Schicht zur Vermeidung von Kapillarkräften).

Möglichkeiten / Limitationen

Für die SDM eignen sich pulverförmige trockene Proben, die mit doppel-seitigem Klebeband fixiert sind, aber auch andere nicht-poröse Oberflächen (z.B. Glas mit definiert veränderten Oberflächeneigenschaften). Tropfen können auch auf einzelne Aggregate aufgesetzt werden. Durch Verwendung sehr dünner Dosiernadeln ist der CA einzelner Mineralkörner bestimmbar und so eine hohe räumliche Auflösung der Benetzungseigenschaften erreichbar (Abb. 2, unten). Auch eine Transekt-weise Beprobung von Bodenprofilen (trocken!) unter Konservierung der Anordnung der Körner ist durch direktes Andrücken von Klebeband möglich. Die SDM deckt den gesamten CA-Bereich (theoretisch 0-180°) ab.