Kontaktikulman mittaaminen

Kontaktikulman mittaaminen perustuu yleensä suoriin optisiin menetelmiin tai epäsuoriin nesteen ja kiinteän pinnan välisiin voimiin pohjautuviin menetelmiin.
Yleisimpiin kontaktikulman mittausmenetelmiin kuuluvat pisaramenetelmä, Wilhelmyn levy -menetelmä ja kapillaarinousumenetelmä.
Optisissa menetelmissä, kuten pisaramenetelmässä, kontaktikulma määritetään visuaalisesti pisaran geometrian avulla. Wilhelmyn levy -menetelmässä kontaktikulma lasketaan vaikuttavan voiman avulla, kun näyte lasketaan nesteeseen. Kapillaarinousumenetelmässä mittaus perustuu puolestaan kapillaari-ilmiöön.
Mittauksessa käytettävän menetelmän valintaan vaikuttaa esimerkiksi näytteenä käytettävä materiaali ja sen rakenne. Valintaan vaikuttaa myös se, halutaanko mitata dynaamista vai staattista kontaktikulmaa. Eri menetelmillä mitattujen kontaktikulmien arvot saattavat vaihdella huomattavasti, eikä niiden suora vertaaminen ole kannattavaa. Kontaktikulman arvot riippuvat suuresti pinnan ja nestepisaran ominaisuuksista.

Pisaramenetelmä

Pisaramenetelmä on yleisin ja helpoin kontaktikulman mittaamiseen käytetty optinen menetelmä. Menetelmään käytetään goniometria, joka on kiinnitetty optiseen penkkiin. Laitteisto sisältää alustan substraatille, injektioruiskun sekä mikroskoopin. Nestepisara tiputetaan substraatin pinnalle injektioruiskun avulla. Pisarasta otetaan tämän jälkeen kuva korkeatarkkuuksisella kameralla. 
Pisaran ja substraatin välinen kontaktikulma määritetään visuaalisesti piirtämällä pisaran reunaan kolmen faasin leikkauskohtaan nestepinnalle tangentti sekä nesteen ja kaasun välinen jana. Kontaktikulma on tangentin ja janan välinen kulma. Goniometri on kytketty tietokoneeseen, jossa on kontaktikulman määrittämiseen ja analysointiin tarkoitettu ohjelma. 
Kontaktikulmaa mitattaessa kontaktikulmien tarkkuudet eivät ole kovin luotettavia alle 20°:n kulmilla, sillä tangentin piirtäminen tällaiselle matalalle pisaralle on haastavaa. Menetelmällä mitattujen kontaktikulmien arvojen tarkkuus on yleensä ±(1-2)° luokkaa, joten se soveltuu kontaktikulman mittaamiseen, mikäli kontaktikulmien arvoilta ei vaadita suurta tarkkuutta. 
Pisaramenetelmän etuina ovat pieni nestepisaran tilavuus, pisaran helppo levitettävyys substraatin pinnalle sekä Wilhelmyn levy -menetelmään verrattuna nopea pisaran levittyminen alustalle. Nestepisaran tilavuus on tyypillisesti vain muutamia mikrolitroja ja substraatin pinta-alakin vain muutamia neliömillimetrejä.

Dynaaminen kontaktikulma

Mitattaessa dynaamista kontaktikulmaa pisarasta määritetään etenevä ja vetäytyvä kontaktikulma. Nämä voidaan määrittää joko lisäämällä nestetilavuutta pisaraan tai kallistamalla tasoa.

Tason kallistaminen

Dynaamista kontaktikulmaa voidaan mitata myös kallistetulta tasolta. Etenevä ja vetäytyvä kontaktikulma mitataan juuri ennen kuin pisara on lähdössä liikkeelle kallistetulla tasolla. Pisaran etuosan etenevä kontaktikulma   on suurempi kuin pisaran takaosan vetäytyvä kontaktikulma .

Vangitun kuplan menetelmä

Pisara-, Wilhelmyn levy-, kapillaarinousumenetelmä ovat yleisimmät kontaktikulman mittaamiseen käytetyt menetelmät. Näiden lisäksi on muitakin menetelmiä, joista erityisesti vangitun kuplan menetelmä sopii käyttöön, jossa kontaktikulmaa mitataan korkean pintaenergian omaavalta pinnalta. 
Vangitun kuplan menetelmässä kontaktikulma mitataan nesteeseen upotetun kiinteän levyn ja ilmakuplan välisen rajapinnan kulmasta. Ilmaa annostellaan ruiskulla noin 0,05 ml tutkittavaan nesteeseen kiinteän pinnan alapuolelta. Ilmakupla nousee nesteessä ylöspäin, jolloin se kiinnittyy kappaleen pintaan. Ilman annosteluun käytetyn ruiskun kärki on syytä jättää pisaraan kontaktikulman mittaamiseen saakka samaan tapaan kuin dynaamisessa etenevän kontaktikulman mittaamisessa. Tällä tavoin vältetään ilmakuplan vaeltelu kappaleen pinnalla, mikäli pinta ei ole täysin vaakatasossa. 
Menetelmän käytöllä vältetään ongelmat, jotka aiheutuvat mahdollisista kiinteä–kaasurajapinnan kontaminaatioista. Nesteen lämpötilan tarkkailu on myös helpompaa kuin pisaramenetelmässä. Vangitun kuplan menetelmässä nestettä kuitenkin kuluu paljon enemmän kuin pisaramenetelmässä. Menetelmää käytetään yhdessä pisaramenetelmän kanssa erityisesti polymeeripintojen kontaktikulmien määrittämiseen.