斯玛莱技术贴：关于滴定出水管处产生气泡堆积现象的研究

斯玛莱 · 发表于 2015-11-1 23:20:20

关于滴定出水管处产生气泡堆积现象的研究报告
实验者：斯玛莱技术团队

近期有个用户，发现在滴定出水管的位置有很多气泡产生，担心是否由于泵头的问题而产生了很多气泡，导致了添加的液体量不稳定影响滴定效果。使用的图片如下：

斯玛莱作为一个负责任的滴定厂家，决定认真分析一下气泡产生的原因，帮助用户解决疑惑。
首先，有用户会提出是泵头的问题。我们来分析一下斯玛莱滴定泵的内部结构：

从图上面分析，滴定泵的出液原理是挤压一段耐压性十分强的管子（以下简称泵管），通过泵管的形变而造成的弹性产生真空，将入水口处的液体往上吸，然后往出水口的方向送液体。然而泵管是完全密封的结构，不可能与空气接触，又如何会产生气泡呢？
有用户会提出：可能是滴定管破裂了，导致进入了空气。该可能是存在的，泵管是消耗品，随着挤压的次数，形变还原能力会越来越弱，最后还会破裂。所以泵管是需要定期更换的，属于耗材。这是使用该原理的滴定泵所不能避免的问题。
回归正题，如果是因为泵头管子破裂了，管内根本没法产生真空条件，所以入水管处是不会有液体往上吸的，甚至还会有液体从泵头渗出。从图片看出，该用户的入水管充满液体，泵头运作时出水管头出水正常，泵头也没有液体渗出，所以排除了泵管破裂的可能。
这样一来，就可以排除了是由于泵头而产生气泡的可能。那为什么会有气泡呢？还是都在出水管靠近泵头处？我们先来做个实验：
1、找一个针管，吸入一定的液体，不要吸入任何气体；

2、我们将针管头向下，针管尾向上，垂直摆放；

3、拉筒推杆，开始吸入一定气体；

4、当气体到达一定量之后，会形成一个圆形气泡，并升到针管的尾部。

观察实验结果，我们可以假设一下，这支针管，只是管子的一部分，如以下示意图：

这样一来，就可以尝试解释气泡堆积的可能性了：某些溶液由于和光、温度、或者外界因素的影响，产生了许多微小的气泡；并且一般滴定出液的管子是竖直向下的，由于浮力的影响，产生的气泡会往上运动，并且最终堆积在泵头出水管的顶端。
也许有用户会问，为什么有的用户会堆积气泡严重，有的却没有？滴定泵每次运动，不会将产生的气泡排出去吗？
其实这个问题详细解答起来会有点复杂，但是最终的原理可以解释为：液体中气泡所产生的张力与滴定输液管壁之间的作用不同。所以接下来我们再做一个实验：
１、找一条更加细的针管（可用沙利法测试液用的针管），实验过程请保持针管垂直；
２、完全排空空气后，吸入一定量的液体；

３、接着吸入一定量的空气；

４、然后，再吸入一段液体，形成如图下的效果；

５、接下来，我们使用上一次实验较粗的针管，根据以上步骤，发现没法实现将气体停留在液体中间的效果，气体一旦产生，就会往上运动至顶端；

６、最后，我们拿出上一个实验的针管，两个针管一起往下推杆，模拟滴定排出液体。

７、观察实验结果，我们发现，推动较小的针管时，针管中间部分产生的气泡会随着液体向下运动；而较大针管的气体，则永远保持在针管的顶部。

也许小明同学还会有疑问：按照这个原理，气泡是因为管内溶液受刺激而产生的，那为什么入水管处的顶端没有？
其实，一样会产生，只是，马上被排出去而已。我们可以做以下验证：
１、使用实验一较大的泵管，将针管垂直方向改变，推杆向下，模拟滴定上水方向，并观察针管内气泡，聚集于针管头部；

２、推动推杆，模拟泵头运动时水流方向，发现气泡会被马上排出（也就是被泵头挤压到出水管了）；

这个也是为什么看不到入水管气泡堆积的原因了。
通过以上三个实验，我们应该能够较好的理解为什么有的液体产生的气泡会堆积在出液管的顶端，有的却不会；为什么都是出水管头处会看到，而入水管不会。由于不同的液体，浓度不一样，物质不一样，所产生气泡的张力也不一样；而使用的滴定管子不一样，气泡堆积的效果也不一样。
知道了气泡堆积的原因，我们就能够很好解决气泡堆积的问题了。
解决方法１：将滴定置于出水管头部水平位置之下；
解决方法１：使用更细的滴定管子（太细了的话需要更换接头）；
解决方法２：使用黑色避光管子，减少因为光照而产生的气泡（这样你也见不到气泡了）；
解决方法３：更换所添加液体（但是这个不好说哪种添加液产生的气泡会更少）；

其实上面的解决办法有些看起来实现起来会比较困难；其实，我们这次的探索实验还没有完，我们可以做更进一步的设想：如果滴定管气体存在，对实际滴定效果有没有影响呢？当然，实验是唯一检验真理的方法：
１、使用大针管，模拟气体存在管子内无法排除；观察示数是４毫升的体积；

２、我们推动针管，模拟泵头启动，将液体挤压出来，并推动排出１毫升的水量；

３、观察气泡，气泡依然存在于管内，但实际排出的液体量不受影响，还是１毫升。

所以，实验结果可以知道，如果我们管子内存在气泡，气泡无法排除而相对固定；只要我们入水管处，没有气泡堆积，液体没有倒流，那通过泵头挤压出来的液体量是一定的，虽然存在气泡，但气泡所占的体积一定，那么最终添加到缸里的溶液也应该是一定的。
本次关于“为什么出水管头部会出现气泡”这个问题的探索性实验到这里就完成了。如果大家有什么更好的想法，或者觉得本次报告有什么不正确的地方，欢迎大家前来交流！感谢大家对斯玛莱的支持！