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液体が気相と界面を形成する際、境界上の分子は、隣接する分子間の引力のバランスが崩れるため、全く異なる物理的性質を示す。液体の平衡状態では、内部の分子は、均一に分布した隣接分子と力が釣り合っている。
しかし、界面上の気相における分子数は凝縮液相における分子数よりも比較的少ないため、表面分子に加わる力の総和は液体内部に直接作用し、その結果、表面分子は自身の表面積を最小化しようとする傾向がある。
このような分子間力の不均衡は、分子が内部から表面へと連続的に移動することを引き起こし、これは表面分子が余分なエネルギーを持つことを意味し、このエネルギーは表面自由エネルギーまたはポテンシャルエネルギーと呼ばれ、縮小された単位面積に作用するこのようなエネルギーは表面張力として定義されます。
これは、材料の表面または界面で発生する関連現象を解釈するための枠組みであり、表面張力を測定するための多くの方法が開発されてきた。[ 1 ]
表面張力を測定するさまざまな方法のうち、デュ・ヌイ・リング法とウィルヘルミー・スライド法は固体物体と液体表面の分離に基づいており、懸滴法と静滴法または気泡法は液滴の球形変形に依存している。 [ 1 ]
これらの方法は比較的単純で静的表面張力の測定によく用いられるが、液体に不純物が添加されている場合は、完全に形成された表面を得るのに時間がかかるため、純粋な液体のように静的平衡を達成することが難しくなり、動的平衡に基づく表面張力の測定を適用する必要がある。 [ 2 ]
動的表面張力測定を誘発する最も典型的な不純物は、親水性セグメント（一般に「ヘッドグループ」と呼ばれる）と疎水性セグメント（一般に「テールグループ」と呼ばれる）の両方を同一分子内に持つ界面活性剤分子です。界面活性剤は、その特徴的な分子構造により、外部の力が蓄積した分子を界面から分散させるか、表面が完全に占有されてそれ以上の分子を収容できなくなるまで、気相に隣接する液面に移動します。この過程で、表面張力は時間の経過とともに減少し、最終的に平衡表面張力（σ平衡）に近づきます。[ 3 ]このようなプロセスは図1に示されています。（画像は参考文献[ 2 ] から転載）
動的表面張力を測定するための有用な方法の1つは、「最大気泡圧力法」または単に気泡圧力法を測定することです。[ 1 ] [ 2 ]
気泡圧力テンシオメーターは、一定の速度で気泡（例えば空気）を発生させ、それをサンプル液に浸された毛細管を通して吹き出す。毛細管の半径は既知である。
気泡内部の圧力（P）は上昇し続け、気泡が毛細管の半径と完全に一致する半球形になったときに最大値に達する。[ 3 ]
図2は、気泡形成の各段階とそれに伴う気泡半径の変化を示しており、各段階については以下に説明します。（画像は参考文献[ 2 ] [ 3 ]より転載）
最初は毛細管の先端に気泡が現れる。気泡が大きくなるにつれて、曲率半径は小さくなる。
気泡圧力が最大となる点では、気泡は完全な半球形になり、その半径は毛細管の半径 Rcap と等しくなります。表面張力は、液体中の球形気泡に対する簡略化されたヤング・ラプラス方程式を使用して決定できます。 [ 3 ]
（ σ：表面張力、ΔPmax ：最大圧力降下、Rcap：毛細管半径）
その後、最大圧力に達した後は、気泡の圧力が低下し、気泡の半径が増加して、気泡が毛細管の端から分離し、新しいサイクルが始まります。これは表面張力の決定には関係ありません。[ 3 ]
現在開発・市販されている表面張力計は、気泡を形成するのに必要な圧力、気泡の内外の圧力差、気泡の半径、試料の表面張力を一度に測定し、PC制御によってデータ取得を行う。
気泡圧力法は、接触角測定を必要とせず、測定が迅速に行われるにもかかわらず高い精度が得られるため、界面活性剤やその他の不純物を含む系の動的表面張力を測定するためによく使用されます。[ 1 ] [ 3 ] 「気泡圧力法」は、特に界面活性剤を含む系の動的表面張力の測定に適用できます。[ 3 ]さらに、この方法は、測定に大量の液体サンプルを必要としないため、血清などの生体液 に適用するのに適した技術です。 [ 4 ]最後に、この方法は、特定の気泡形成速度範囲での動的表面張力が濃度と強い相関関係を示すため、工業用洗浄浴やコーティング浴の界面活性剤含有量を間接的に決定するために使用されます。[ 2 ]
