儀器教室 Instrument Stories

為什麼要重視黏度測量? 黏度分析可以應用在多樣化的產業，包括製藥、食品、化妝品、塗料油墨、石化加工產業等等領域，對於產品的品質擁有關鍵影響。透過精準分析黏度，產品的品質得以優化 (例如：預防注射劑因太過濃稠堵住針頭)，產品使用體驗也可大幅提升，更可以確保合法合規。 基礎概念Q&A ​ 黏度與流變學的差異是什麼？我該用「黏度儀」還是「流變儀」？有哪幾種分析法供選擇？ 黏度測試是屬於流變學的一部分，流變學除了黏度參數外還會探討其他流體行為參數如屈服應力、觸變性、儲存模量與耗損模量，因此如果需求僅為簡單的黏度測量那選擇黏度儀即可滿足需求。 黏度測試對溫度有多敏感？測試時需要搭配恆溫槽嗎？ 在進行黏度實驗之前，我們必須認知到黏度並不像長度、硬度這樣具有固定的物理量——黏度為一變數，主要會因溫度和剪切速率有所改變，因此一般來說，黏度測量都會在固定上述二項參數其中之一的狀況下進行。在過程中，除了被固定的項目，會以另一項為變量對黏度作圖，或者是在已知應用場景的情況下計算對應的剪切速率去執行實驗，也因此溫度成為黏度測量的重要元素。 想得到穩定的黏度數據，便需要有溫定的溫控系統。然而，是否需要專業溫控設備，則取決於黏度儀本身是否具有溫控系統。若使用極傳統的毛細管黏度計進行測輛，則通常會需要一個外部循環水槽進行溫控輔助實驗的運作。 >> 延伸閱讀：如何挑選合適的溫控設備？ ​ ​ 如何區分牛頓流體與非牛頓流體？測試方式有什麼不同？ 牛頓流體與非牛頓流體兩者主要的區別在於，牛頓流體並不會因為剪切速率的變化而有黏度的變化，而非牛頓流體會。因此，對於前者來說，實驗只需要控制住溫度就可以得到穩定的結果，但後者如想得到穩定黏度數據，則剪切速率也必須要固定。 ​ 黏度測試的常見誤差來源有哪些？怎麼避免？ 誤差來源可以簡單拆分為兩部分——儀器與樣品。 首先，如果懷疑誤差來自於儀器，可以使用標準樣品，如矽油，對儀器進行驗證，如果測量值在驗證範圍內，則可以證明儀器的狀況沒有問題；相反地，多數情況誤差其實是來自於樣品自身。例如，當樣品本身含有顆粒時，轉子與載台的間隙設定便十分重要——一般來說，間隙必須大於樣品中顆粒最大值的10倍，以避免轉子運作過程中因為顆粒卡到間隙產生不穩定。此外，如果樣品本身具有揮發性，則隨著實驗進程，樣品可能因為揮發導致濃度提升，進而影響黏度結果，因此有些設備可以藉由搭配配件，例如密封上蓋等，避免樣品揮發過快。 ​ 我能怎麼大概分辨自己的樣品適合用什麼樣的設備？ (毛細管黏度儀/流變儀/微量黏度分析儀) 在這三者中，毛細管黏度計是相對簡單的設備。其測量的黏度值為表觀黏度，因此對於非牛頓流體來說，如果想要細緻地分析不同剪切速率下的黏度結果，或想要獲得流動曲線這樣的數據時，則會建議使用旋轉式黏度計。而如果需求更為進階，需要分析黏度以外的流變參數，則應使用如流變儀這樣的設備。針對樣品較為珍貴且容易揮發的樣品，則需要像微量黏度分析儀這樣較特別的設備，利用其微流道晶片的設計，可達到測量少至100微升的樣品，對於實驗具有很大的優勢。 ​ 黏度數據能否幫助預測產品的穩定性或保存期限？ 是的，黏度對分散體系樣品來說是評估其穩定性的重要指標。當樣品黏度過低，分散體中的顆粒可能具有較快的沉降行為，因此樣品在使用前可能就發生分層導致不均勻，從而影響使用時的狀況，因此我們可以透過黏度測量作為樣品保存期限訂立的基準之一。 ​ 進階應用問題解析 含有固體粒子的黏稠物體,可以使用 Rheosense 微量黏度儀測試黏度嗎? 可以，但需要非常謹慎。由於Rheosense 微量黏度儀使用微流道晶片的設計測試樣品，因此對應不同樣品中具有的顆粒大小，應該選擇對應寬度的微流道。 校驗黏度時,要在使用溫度下校驗嗎? 一般來說，儀器校驗時使用的矽油會標註其在不同溫頓下的黏度測量值，因此實驗人員會以這些溫度條件執行實驗。 同一種溶液用不同的黏度儀量測 (例如：轉子式、落球氏、音叉式) 之間的誤差範圍大概是多少，或是有計算方式嗎？ 此誤差值很難具體地量化。由於不同的黏度計原理不同的情況數據可能無法比較，像是毛細管黏度計測量的是表觀黏度，在無法控制剪切速率的情況下，自然會和旋轉式控制特定轉速下得到的黏度有比較上的差異。 黏度與流變性數據可以跟其他什麼樣物性（粒徑、表面張力、熱分析）結合，預測產品性能？ 粒徑和黏度參數兩者十分具有關聯——例如樣品中存在顆粒時，其若傾向團聚則會使整個分散體系形成結構，從而影響黏度。 除了粒徑與顆粒結構外，材料在不同溫度條件下的熱行為同樣會影響黏度表現。以 DSC 為例，可用於鑑別樣品的玻璃轉變溫度；當材料接近 Tg 時，其結構與流動特性可能產生劇烈變化，導致黏度改變，進而影響製程穩定性與最終應用。 高黏度或非牛頓流體測試時，儀器測量極限和數據可靠性怎麼判斷？ 對於高黏度樣品，可透過選擇適用於不同黏度區間的微流道晶片，以確保量測結果的穩定性與重複性；而針對非牛頓流體，則可在不同剪切速率條件下進行黏度量測，並繪製黏度與剪切速率的關係曲線，以觀察其流變行為。 高糖或高脂樣品測試時，如何避免設備堵塞或測量誤差？ ​在樣品的前處理階段須注意樣品狀態必須均勻沒有氣泡且不容易沉降，使用與樣品互溶的溶劑做微流道的清潔，則可以有效地避免阻塞。 ​非牛頓特性（剪切稀化 / 剪切增稠）如何影響產品灌裝與包裝流程？ ​​多數非牛頓流體在剪切速率增加時會呈現剪切變稀的行為，僅有少數高濃度樣品會表現出剪切增稠特性。然而，不論屬於哪一種類型，其共同特徵皆為黏度會隨剪切速率改變。對應到實際的填充與包裝製程，了解材料在不同剪切速率下的黏度變化，有助於判斷其在生產條件下是否能達到易於流動的狀態，進而提升產線作業的穩定性。 ​對於高分子或膠體材料，黏度變化能否反映分子結構或聚集態？ ​​當分散體系中因顆粒之間或顆粒與連續相的相互作用而形成網絡結構時，材料在低剪切條件下通常呈現較高黏度。然而，隨著剪切速率增加，該網絡結構可能被破壞，使得系統的流動阻力降低，進而導致黏度快速下降，即所謂的剪切變稀行為。 ​高剪切速率下的黏度測量，是否可作為噴塗或印刷製程的性能指標？ ​​可以。噴塗、印刷在分類上屬於較高剪切速率的應用行為，可透過噴嘴的徑寬與擠壓樣品的速率進行剪切速率推算。 ​高濃度蛋白質溶液或生物製劑，黏度如何影響注射針筒流動與操作感？ ​​高濃度蛋白質藥物在提升劑量效率的同時，可能因黏度過高或蛋白質聚集而導致注射困難，甚至阻塞針頭。然而，為了降低病人每日施打的頻率，針劑濃度又不宜過低。因此，在藥物開發與品質控管過程中，如何在藥物濃度與可注射性之間取得平衡十分關鍵。建議於出貨前進行黏度量測，並將結果與已驗證的參考產品進行比對，以評估其可注射性是否符合實際使用需求。 ​微量藥物樣品如何做到高重複性測試？ ​​透過微流道設計，即使在樣品量極少或黏度較低的情況下，仍可獲得良好的量測重複性。然而，為確保結果可靠，樣品須保持均勻、無氣泡，並於穩定的量測環境中進行測試。 ​黏度在冷鏈或長期儲存下變化，對藥物活性或沉澱穩定性有何影響？ ​​在針劑類樣品的應用中，黏度量測可作為評估配方穩定性的重要指標。若黏度數值隨時間維持穩定，通常表示樣品中未發生明顯的顆粒沉降或團聚；反之，若出現沉澱或顆粒團聚現象，則可能在黏度量測中觀察到黏度上升的趨勢。br /> ​藥膏、凝膠或懸浮液的流變特性，如何影響產品塗抹性及吸收性？ ​​藥膏、護膚霜與凝膠類產品在不同使用階段對流變行為有截然不同的需求：在靜置狀態下需具備較高黏度以維持穩定性與保存性；而在塗抹過程中，則希望材料能在剪切作用下容易推展，以利均勻塗佈並形成較薄的藥物層，提升皮膚吸收效率。同時，塗抹完成後又需迅速回復一定結構，避免產品在皮膚表面流淌。因此，針對藥膏類產品，需透過完整的流變學測試，分別評估其在各種實際應用情境下的流動與結構特性。 ​透過低/高剪切速率的黏度比值得到的觸變指數，和實際使用流變儀來做實驗得到的圖表數據有何差異?有甚麼是黏度計無法考量進去的參數但流變儀可以的呢? ​​在討論觸變性之前，需先釐清其定義。一般而言，觸變性指的是樣品在經歷高剪切應用後，是否能隨時間逐漸回復至低剪切條件下的黏度狀態。在流變儀量測中，常透過三段式剪切速率切換（低剪切→高剪切→低剪切）來評估樣品的觸變行為，並量化其黏度回復至原始值約 90% 所需的時間，作為明確的判定指標。相較之下，使用一般旋轉式黏度計時，僅能透過不同剪切速率下的黏度比值，判斷樣品是否具備黏度回復的趨勢，卻無法進一步得知其實際回復所需的時間。

在實驗過程中，常見的「接觸角數值不穩定」、「泡沫效果不佳」、「難以測量特殊樣品」等問題，往往是表面性質未被正確掌握所導致。大昌華嘉團隊根據多年應用經驗，整理出關於表面張力與接觸角量測的完整指南，協助您選對方法、避免誤差、提升實驗效率！ 表面性質為什麼這麼重要？ 表面特性會直接影響液體在材料上的潤濕性、附著力與清潔效果。舉例來說： 接觸角 可判斷材料的親疏水性，應用於抗污材料、藥品配方、塗料等開發。 表面張力 則與乳化、起泡、分散穩定性密切相關，是選擇界面活性劑與製程條件的重要依據。 常見Q&A｜表面測量你一定想問的事 Q1：接觸角測量不穩定，問題出在哪？ 可能原因包括樣品表面不均勻、滴定液體不純或滴定系統不夠精準，建議檢查液滴體積與樣品表面狀態是否一致。 Q2：粉末或高溫樣品也能測量嗎？ 可以！例如可使用秤重法測試粉體與液體的親和力；若為高溫材料（如金屬熔液），則可搭配加熱裝置進行接觸角測試。 Q3：表面張力與接觸角是一樣的嗎？ 兩者有關聯但不相同。表面張力會影響液體在固體表面展開的角度（即接觸角），但各自反映不同物理性質。 Q4：泡沫穩定性跟表面張力有什麼關係？ 表面張力越低，越容易產生穩定泡沫。這在清潔劑、乳化液或氣霧產品中尤為重要。 Q5：Dataphysics DCAT 能測強酸鹼液體嗎？ 可以。搭配白金板，可量測 pH 0–14 的液體表面張力；若為高揮發性樣品，建議在抽風櫃中操作。 Q6：可以更換白金板基材或測非液體樣品嗎？ 當然。Dataphysics DCAT 可搭配不同夾具測試薄膜、纖維、粉體等固體樣品與液體的接觸角與附著力。 Q7：毛細管是耗材嗎？多久更換？ 毛細管屬於可長期使用耗材。建議定期用純水測試表面張力作為校驗依據，若結果偏離已知值即需更換。 Q8：毛細現象會影響結果嗎？ 有可能。若液體沿毛細管內壁爬升，可能影響壓力判讀，建議選用疏水塗層毛細管降低誤差。 Q9：什麼情況會影響動態表面張力？ 動態表面張力適用於會產生新介面的場景（如噴塗、擠壓、起泡），液體在高速擠出或攪拌時會破壞原有平衡，影響分子擴散與量測結果。 選對儀器，表面測量事半功倍 Dataphysics 為德國知名表面測量儀品牌，其 DCAT 系列表面張力儀與接觸角測量儀，可支援各式樣品狀態、搭配專用軟體進行動態/靜態測量，亦可升級進行溫控測試、泡沫分析、材料親疏水評估等高階應用。 透過正確的接觸角與表面張力分析，您不僅能更理解材料與液體的行為，還能有效優化製程參數與產品性能。

高溫實驗在產品製程中扮演著關鍵角色，用於提供適當的高溫環境，以進行材料研究、化學反應、熱處理等實驗。 它可以模擬高溫條件，研究材料在不同溫度下的性能，或是促進化學反應的發生。本文將針對高溫爐以及處理設備在挑選時的要點與資訊進行撰寫，讓您輕鬆選擇適合的高溫爐和熱處理儀器。

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