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动态光散射的纳米科技应用——详解Zeta电位的原理、测量及影响因素

作者:超级管理员时间:2024-09-06 10:15:4568 次浏览

信息摘要:

Zeta 电位(ζ- 电位)是指剪切面(shear plane)的电位,是表征胶体分散系稳定性的重要指标 。分散粒子表面带有电荷会吸引周围的反号离子,这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布形成扩散双电层,根据 stern 双电层理论可将双电层分为两部分:stern 层和扩散层 。

以下为您详细介绍 Zeta 电位的原理、测量及影响因素:

一、Zeta 电位的原理

Zeta 电位(ζ- 电位)是指剪切面(shear plane)的电位,是表征胶体分散系稳定性的重要指标 。分散粒子表面带有电荷会吸引周围的反号离子,这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布形成扩散双电层,根据 stern 双电层理论可将双电层分为两部分:stern 层和扩散层 。stern 层为吸附在颗粒表面的一层电荷组成的紧密层,由颗粒表面到 stern 层平面的电位呈现下降趋势,降到紧密层时的电位称为 stern 电位;stern 层外异号离子成扩散状态分布,称为扩散层。当施加外界电场时,颗粒做电泳运动,紧密层(stern 层)结合一定的内部扩散层与分散介质发生相对移动时的界面称为滑动面,颗粒表面电位降到滑动面时的电位称为 zeta 电位,即 zeta 电位是连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差 。

二、Zeta 电位的测量方法

目前测量 zeta 电位的方法主要有电泳法、电渗法、流动电位法以及超声波法,其中以电泳法应用最广 。

电泳法:在外加电场的作用下,分散液中的带电颗粒将向相反电荷的电极移动,其移动速度与 zeta 电位的大小成正比,通过测量颗粒在特定电场中的电泳速度,可以得到 zeta 电位 。

电渗法:单位场强下的液体移动速度称为电渗速度,液体的电渗速度与固液两相间的 ξ 电势成简单的正比关系,所以可以利用电渗来测量 ξ 电势,但此法只限于能形成毛细管或多孔介质的材料。

流动电位法:当电解质溶液在一个带电荷的绝缘表面流动时,表面的双电层的自由带电荷粒子将沿着溶液流动方向运动,这些带电荷粒子的运动导致下游积累电荷,在上下游之间产生电位差就是流动电势。

超声电声法:在胶体溶液两侧施以电压,带点粒子运动会产生声波,测量所产生的声波,就可以计算颗粒的动态迁移率,最后通过计算得到 zeta 电位。

三、Zeta 电位的影响因素

pH 的变化:这是影响 zeta 电位的主要因素。当溶液的 pH 值变化时,颗粒表面的电荷性质和数量会发生改变。例如,对于带负电的颗粒,在碱性条件下,颗粒会获得更多的负电荷;而在酸性条件下,颗粒表面的电荷可能被中和,甚至带上正电荷。在低 pH 值时,zeta 电位可能为正;在高 pH 值时,zeta 电位可能为负,中间会存在一点通过零 zeta 电位,这一点称为等电点,通常在这一点胶体最不稳定 。

溶液电导率的变化:双电层的厚度与溶液中的离子浓度有关,离子强度越高,双电层愈压缩。离子的化合价也会影响双电层的厚度,三价离子(如 Al3 )将会比单价离子(如 Na )更多地压缩双电层。即使很低浓度的选择性吸附离子,也可能对 zeta 电位有很大影响,有时甚至会造成颗粒的电荷性质发生改变(从带负电变成带正电,或从带正电变成带负电)。

某种特殊添加剂的浓度(如表面活性剂、高分子等):研究样品中的添加剂浓度对产品 zeta 电位的影响,可为研发稳定方案的产品提供有用信息。添加剂可能会与颗粒表面发生相互作用,从而改变颗粒表面的电荷状态和 zeta 电位 。


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