无论在工业生产还是家庭生活中，泡沫在很多工艺和过程中都扮演着重要的角色。有时泡沫是作为必要存在的，还会被看做是产品的典型特质;例如洗发水和啤酒上的泡沫。泡沫经常对产品的性能做出重要贡献，例如在清洗作业中。另一方面，泡沫会破坏生产工艺，例如在纺织和造纸工业中，因此必须阻止它的产生。

　　所以根据不同的应用，泡沫必须被专业化的生产、控制或消除，它的性能也要符合规定要求。在许多表面活性起到作用的领域，泡沫对让我们可以对产品和工艺进行优化。这样的研发需要我们对泡沫的形成和行为(在物理和分子层面上)有基本的理解，以及拥有运用实验方法研究实际应用的能力。适当的试验方法在这里是至关重要的。

　　泡沫的复杂性导致了其相关的发展应用非常广泛。测试方法也十分多样化。不同的方法之间的本质或许是一致的，但是不同的测试方法之间也很难相互作对比。因此，我们认为，对运用在多种应用中的测试方法进行研究和比较才是有效的手段。

　　标准化的测试方法帮助产品用指定方法进行测试，在相关产业的测试结果也可以实现有效沟通。实验方法随着自动化的升级不断被优化。

　　本手册旨在从理论和实际的角度出发，对泡沫进行分析处理。其应用领域具有多样性，因为它可以呈现需求及其面临的问题。本手册主要针对产品开发人员、实验室的配方研发人员。同时，它对泡沫工艺和操作过程同样有用。

　　在下文的泡沫理论说明中，对表面活性剂和消泡剂的性质都有描述。这样的表面活性物质在泡沫应用中起着重要作用。它们可以用于泡沫的产生和控制也可以实现特定的泡沫性能。

　　其次，泡沫的许多实际问题会被描述。当需要特殊的泡沫质量，就要有强大的发泡系统;当泡沫是不利的影响因素、必须被破坏和抑制时，小体积的可调节的低发泡系统就可以派上用场。

　　在讨论过泡沫测试的普遍问题后，在最后为各个应用的一般测试方法做了一个总结。然而，还有很多其他的很特殊的测试没有包含在此手册中。另外，我们只处理液体泡沫，尤其是水性体系，这也是此泡沫实验的根本因素。

　　泡沫可以被定义为分散在液体中的气体，在泡沫中占有大部分体积的是气体。泡沫在热动力学上是不稳定的而且会逐步衰减。而衰减的时间范围变化很大。短暂存在的泡沫通过表面活性分子在几秒内衰减然后实现稳定。通过聚合物或表面活性剂稳定的泡沫也许会存在几个小时甚至几天。在实践中遇到的泡沫大多涉及到水溶液。

　　有两种典型的泡沫结构，他们被视作是极限情况，他们通常以其德文名称示人：

　　􀂄Kugelschaum

　　气泡是球形的，这种气泡结构是典型的高含水量的而且通常在泡沫形成后不久被观察到。

　　􀂄Polyederschaum

　　多面体气泡被液膜分离，三张液膜会交成一线，这就是Plateau 界面(以比利时物理学家Joseph Plateau命名 1801-1883)这种结构(如图一所示)，会在泡沫往外排水后形成。之后液体的体积会变小。

　　图一：泡沫结构

　　泡沫的排水会让它们逐渐从Kugelschaum转变到Polyederschaum。图二为我们展示了这两种泡沫在泡沫柱中已耗尽的过程。排水过程在粘性液体中很缓慢，因此这有利于Kugelschaum泡沫结构。

　　图二：泡沫柱结构

　　在静态的泡沫柱中，排水导致泡沫中液体量减少。与此同时，形成的薄的液体片层逐渐破裂，从而泡沫就破裂了。因此，这个破裂过程包含了结构上的改变，还有泡沫体积的减小。

　　动态泡沫柱的发生，例如当泡沫因注入空气、循环和连续喷射而产生。在经过一定时间后会达到稳定状态。

　　纯净的液体不会起泡，因为薄膜在没有吸附层在液体表面时不能稳定。表面活性剂，作为表面活性剂，需要具有稳泡性能。依据稳定剂的类型和浓度不同，吸附层可能是流动的也可能是非流动的。非流动的吸附层通常产生在聚合物中，往往会使泡沫更稳定。

　　泡沫的稳定性和衰变一般由多种机理决定。有些用于隔离薄膜，而其在薄膜之间的联结点同样起着重要作用。

a) 薄膜

　　稳定的泡沫，只有在液体上的薄膜足够稳定不会破裂时才会形成。这样的薄膜也会产生于金属框或者肥皂泡中。由于这些机理，泡沫可以稳定的：

　　●Gibbs-Marangoni机理

　　薄膜的厚度可能是有波动的，考虑到一部分可能已经变薄就如图三所示。

　　图三：Gibbs-Marangoni 机理

　　界面的表面活性剂覆盖率降低，会增加表面张力。表面张力的梯度造成表面活性剂分子的迁移，会修复在这过程中的缺陷。修复机理中很重要的一方面是表面活性剂分子迁移到薄弱点时会随之拖带液体。Gibbs-Marangoni机理在表面活性剂浓度中等时是最有效的。如果表面活性剂浓度过低，扩散时间就会很长而且界面只能覆盖部分。若表面活性剂浓度高，从本体溶液的吸附会很快而且在膜薄的部分的表面覆盖率会增加。

　　●表面粘度

　　吸附层间的分子间作用力阻止了分子的相对滑移。这就造成了表面粘度，它被看作是模拟了三维体积粘度的二维粘度。

　　●表面弹性

　　当表面活性剂分子有强相互作用时，相应的薄膜不仅有高表面粘度还有强的表面弹性，这两个效果都会让薄膜趋于稳定或者导致相关的泡沫结构。

　　●空间位阻和静电斥力

　　离子系统中双电子层之间的斥力让液膜趋于稳定。头部基团的空间位阻效应(例如聚环氧乙烷)或者被吸附的聚合物也可以阻止片层的破裂。范德华力在这里起了相反的作用，它会破坏膜。

　　●液体的微观结构

　　当浓度高于临界胶束浓度时，表面活性剂会在体相中聚集。在薄膜中，可能会形成液晶层结构[2]。这让液膜通过减缓排水更具稳定性。

B）泡沫稳定性

　　在泡沫中影响其稳定性的因素有很多。

　　●Plateau 界面吸力

　　因为液膜在Plateau界面的曲率，此处压力会低于液膜的。这个结果可由拉普拉斯方程计算出：压力、表面张力和曲率的关系(图四)。这幅图给我们显示了Plateau 界面的横截面。当我们运用拉普拉斯方程时，要重视的是：Plateau界面的曲率半径对界面吸引力有消弱，因为从液体一侧看表面是凸起的。液体从液膜中排出到Plateau界面，这些膜层会逐渐变薄。这可以让它们达到一个亚稳态：薄膜表面之间的斥力、分离压可以平衡“排水力”[3].液膜的排水过程因液体粘度很高被减缓。

图四，Plateau界面横截面

　　●流动性的膜

　　在流动性的膜中，移动往往向着薄弱点的，这个现象被称作是临界恢复。

　　●由于重力而产生的排水

　　液体通过Plateau边界向下流动。

　　 ●溶剂蒸发

　　在敞开容器中，泡沫会缓慢蒸发。这会让液膜的厚度变薄，尤其是上部的泡沫。

　　其他影响泡沫形成和稳定性的因素

　　当气体和液体混合时，气泡生成，又会被液体的动力打破。如果稳定剂阻止了液体迅速的结合，泡沫将因此形成。气泡的丰富程度取决于与液体混合的气体量和机械应力(剪切速率)。通过一些测试方法，可以系统的改变这些参数。然而在多数情况下，这些定量的参数是不明确的，即使有很明确的定性的差异。因此用不同的方法来比较泡沫的产生通常是很困难的。

　　泡沫也可以通过饱和液体中的气泡成核而形成。这个机理在碳酸饮料的应用中尤其重要。

　　因为泡沫的稳定需要表面活性，我们可以理解为降低表面张力会对起泡过程有益。虽然降低表面张力对发泡来说是在正常不过的要求，起泡程度和表面张力之间不存在一般相关性。若我们对起泡的瞬时进行研究，起泡和表面张力动力学似乎更相关，而且这在一些基础研究中已经被观察到了.

泡沫分析仪常用于泡沫稳定性测试

　　泡沫稳定剂

　　我们可以将泡沫稳定剂分为以下几类：

　　●表面活性小分子

　　短链醇和羧酸是这类发泡剂的典型。他们可以产生短暂的泡沫。 通常泡沫稳定性随着浓度的增加最大化。这可以用Gibbs-Marangoni机理解释。

　　●形成胶束的表面活性剂

　　典型的表面活性剂形成稳定泡沫。随着表面活性剂的浓度增大到一个极限值，泡沫的寿命增加。

　　●聚合物

　　具有两亲性(亲水和亲油)的聚合物会是非常有效的泡沫稳定剂。有个我们都知道的例子：啤酒，它其中的泡沫就是来源于蛋白质。

　　●部分互溶的液体

　　表面活性就是液体系统类似于相分离，泡沫向相边界接近的趋势大大增强。

　　●非水性泡沫

　　非水性的泡沫可能在蒸馏容器中造成问题[6],石油生产[7]和碳氢燃料[8]。在某些方面，相同的原理可以用于水性或者非水性的系统。本体和界面的粘度可能对烃类泡沫也有很大的影响。