1.什么是Zeta电位？

液液体中分散的大多数粒子都带有正电或负电。为了保持电中性，液体中与粒子所带电荷符号相反的离子会聚集到粒子表面附近。这种离子群以球壳状环绕在粒子表面。此时，带电层外包裹着一层相反电荷的层，这种状态被称为“形成了电双层”。这类似于电容器储存电荷的状态。

然而，液体中的离子层并非如此简单。由于热运动的影响，离子的分布会受到扰动。因此，在粒子表面附近，相反电荷离子的浓度较高，随着距离的增加，其浓度会逐渐降低。而与粒子带相同电荷的离子，则呈现出相反的分布规律。在离粒子足够远的区域，正离子和负离子的电荷相互抵消，从而保持电中性。与上述电容器型的电双层不同，液体中实际存在的电双层被称为“扩散电双层（diffused electric double layer）”。这一术语形象地体现了这种电双层的特点——相反电荷的离子分布会随着与表面距离的增加而逐渐“扩散（diffused）”，变得模糊。

与此相比，内侧粒子表面的离子分布并不模糊。扩散电双层这一名称，其实是着重关注了其中一侧的状态。我们把这一侧称为“扩散层”。

不过，扩散层并非直接从粒子表面开始。在很多情况下，部分离子会被表面强烈吸引并固定下来，这样的层被称为“固定层”，有时也叫做斯特恩层（Stern layer）。

正如前面所提到的，液体中分散的粒子在多数情况下都带有电荷。并且，粒子分散状态的稳定性往往取决于其带电状态。那么，用什么来作为粒子带电状态的指标呢？对此，人们定义了Zeta电位。

我们关注的并非剥去固定层后裸粒子的带电状态，而且这种状态也难以直接测量。而与粒子一同移动的电荷，想必会直接影响粒子的行为，且这种电荷是可测量的。据推测，粒子会携带着固定层以及扩散层内侧的一部分一同移动。这种移动发生的面被称为“滑动面”（有时也称为“剪切面”）。

我们将离粒子足够远、呈电中性的区域的电位定义为零。＜Zeta电位（zeta - potential）＞的定义是，以这个零点为基准测量得到的滑动面的电位。对于微小粒子而言，Zeta电位的绝对值越大，粒子间的排斥力就越强，粒子的稳定性也就越高；反之，当Zeta电位接近零时，粒子就容易发生凝集。因此，Zeta电位被用作衡量分散粒子的分散稳定性的指标。

近年来，微粒子作为一种材料得到了越来越广泛的应用。为了提升其功能性，有关表面改性的研究正在积极开展。研究中尝试了多种方法，例如让高分子化合物、表面活性剂或异种微粒子等吸附在微粒子表面，或是对表面进行化学处理。此外，对于分散介质的 pH 值等条件，也在进行细致的研究。作为粒子稳定性的指标，Zeta电位的重要性日益凸显。
关于 Zeta电位的详细内容，可参考以下书籍：
北原文雄、古澤邦夫、尾崎正孝、大島広行、「Zeta Potentialゼータ電位：微粒子界面の物理化学」、サイエンティスト社、１９９５。

2.Zeta电位如何求出

在分散有带电粒子的体系中施加外部电场时，粒子会朝着电极方向泳动（移动）。由于泳动速度与粒子所带电荷量成正比，因此通过测量粒子的泳动速度就能求出Zeta电位。

这里说明的是电泳光散射测定法，又名激光多普勒法，它利用了“多普勒效应”——即光或声波照射到移动的物体上并发生反射或散射时，其频率会随物体的速度成比例变化。向正在电泳的粒子照射激光，粒子散射的光会因多普勒效应产生频率偏移。由于偏移量与粒子的泳动速度成正比，所以通过测量这一偏移量，就能得知粒子的泳动速度。

实际上，当向分散在折射率为（n）的溶剂中的样品照射波长为（λ）的激光，并在散射角（θ）下进行检测时，泳动速度（V）与多普勒频移量（Δν）的关系可用下式表示：

［ｎ：溶剂的折射率，θ：检出角度］

由此测得的泳动速度（V）和电场强度（E）可以求出电泳迁移率（U）。

　　　Ｕ＝Ｖ／Ｅ ・・・ (2)
由电泳迁移率（U）计算Zeta电位（ζ）时，大多采用下式所示的Smoluchowski公式。 

［η：溶剂的粘度，εr：溶剂的相对介电常数，ε0：真空中的介电常数］

通过这种方式，通过观测正在泳动的粒子所产生的散射光，就能求出Zeta电位。

3.在Zeta电位测量中很重要的“电渗效应”是什么

作为样品池材料的石英，其等电点为pH 2～3，当pH高于这一范围时，样品池表面会带负电。因此，带正电的离子或粒子会聚集在样品池壁面附近，当施加电场时，这些离子会导致壁面附近产生向负极侧的流动，而为了补偿这一流动，样品池中央则会产生反向的流动。

Uobs(Z) = Up   Uosm(Z)

　　Z ： 到样品池中心的距离
　　Uobs(Z) ： 在位置 y 处测得的表观泳动速度
　　Up ：粒子的真实迁移率
　　Uosm ：在样品池位置（Z）处的电渗流速度

这一系列的流动被称为电渗流，在进行Zeta电位测量时，这种电渗流的产生是无法避免的。其结果是，观测到的粒子表观电泳速度中会包含电渗流的影响。

Uobs(Z) = AU0(z／b)2 ΔU0(z／b)＋(1－A)U0＋Up ・・・(4)

　　A = 1／ [ (2/3) - (0.420166/k) ]
　　k = a／b ： 样品池横截面两条边的长度之比（a、b） (a＞b)
　　U0 ： 样品池上下面处溶剂流速的平均值
　　ΔU0 ： 样品池上下面处溶剂流速的差值

然而，样品池的表面电位会因溶液的pH值、样品及添加剂的吸附、粒子的沉降以及样品池的清洗方法等因素而发生变化，常常会形成上下不对称的电渗流。一旦电渗流变得不对称，利用常规样品池形状计算出的静止面进行测量，就无法得到粒子的真实迁移率。

因此，电泳光散射仪（ELSZ系列）通过在样品池内的多个点观测受电渗流影响的粒子的表观电泳迁移率，并根据（4）式重新计算静止面，即便在电渗流不对称的体系中，也能够求出粒子的真实迁移率。

此外，利用这种测量方法还可以了解泳动样品池表面的带电状态。使用平板样品专用样品池，在样品池的一侧安装平板样品，观测能反映该平板样品表面电位的电渗流，通过解析便可求出平板样品的Zeta电位。

（2000/6 改订）