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動態(tài)光散射的納米科技應(yīng)用——詳解Zeta電位的原理、測量及影響因素

作者:超級管理員時間:2024-09-06 10:15:4568 次瀏覽

信息摘要:

Zeta 電位(ζ- 電位)是指剪切面(shear plane)的電位,是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標(biāo) 。分散粒子表面帶有電荷會吸引周圍的反號離子,這些反號離子在兩相界面呈擴(kuò)散狀態(tài)分布形成擴(kuò)散雙電層,根據(jù) stern 雙電層理論可將雙電層分為兩部分:stern 層和擴(kuò)散層 。

以下為您詳細(xì)介紹 Zeta 電位的原理、測量及影響因素:

一、Zeta 電位的原理

Zeta 電位(ζ- 電位)是指剪切面(shear plane)的電位,是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標(biāo) 。分散粒子表面帶有電荷會吸引周圍的反號離子,這些反號離子在兩相界面呈擴(kuò)散狀態(tài)分布形成擴(kuò)散雙電層,根據(jù) stern 雙電層理論可將雙電層分為兩部分:stern 層和擴(kuò)散層 。stern 層為吸附在顆粒表面的一層電荷組成的緊密層,由顆粒表面到 stern 層平面的電位呈現(xiàn)下降趨勢,降到緊密層時的電位稱為 stern 電位;stern 層外異號離子成擴(kuò)散狀態(tài)分布,稱為擴(kuò)散層。當(dāng)施加外界電場時,顆粒做電泳運(yùn)動,緊密層(stern 層)結(jié)合一定的內(nèi)部擴(kuò)散層與分散介質(zhì)發(fā)生相對移動時的界面稱為滑動面,顆粒表面電位降到滑動面時的電位稱為 zeta 電位,即 zeta 電位是連續(xù)相與附著在分散粒子上的流體穩(wěn)定層之間的電勢差 。

二、Zeta 電位的測量方法

目前測量 zeta 電位的方法主要有電泳法、電滲法、流動電位法以及超聲波法,其中以電泳法應(yīng)用最廣 。

電泳法:在外加電場的作用下,分散液中的帶電顆粒將向相反電荷的電極移動,其移動速度與 zeta 電位的大小成正比,通過測量顆粒在特定電場中的電泳速度,可以得到 zeta 電位 。

電滲法:單位場強(qiáng)下的液體移動速度稱為電滲速度,液體的電滲速度與固液兩相間的 ξ 電勢成簡單的正比關(guān)系,所以可以利用電滲來測量 ξ 電勢,但此法只限于能形成毛細(xì)管或多孔介質(zhì)的材料。

流動電位法:當(dāng)電解質(zhì)溶液在一個帶電荷的絕緣表面流動時,表面的雙電層的自由帶電荷粒子將沿著溶液流動方向運(yùn)動,這些帶電荷粒子的運(yùn)動導(dǎo)致下游積累電荷,在上下游之間產(chǎn)生電位差就是流動電勢。

超聲電聲法:在膠體溶液兩側(cè)施以電壓,帶點(diǎn)粒子運(yùn)動會產(chǎn)生聲波,測量所產(chǎn)生的聲波,就可以計算顆粒的動態(tài)遷移率,最后通過計算得到 zeta 電位。

三、Zeta 電位的影響因素

pH 的變化:這是影響 zeta 電位的主要因素。當(dāng)溶液的 pH 值變化時,顆粒表面的電荷性質(zhì)和數(shù)量會發(fā)生改變。例如,對于帶負(fù)電的顆粒,在堿性條件下,顆粒會獲得更多的負(fù)電荷;而在酸性條件下,顆粒表面的電荷可能被中和,甚至帶上正電荷。在低 pH 值時,zeta 電位可能為正;在高 pH 值時,zeta 電位可能為負(fù),中間會存在一點(diǎn)通過零 zeta 電位,這一點(diǎn)稱為等電點(diǎn),通常在這一點(diǎn)膠體最不穩(wěn)定 。

溶液電導(dǎo)率的變化:雙電層的厚度與溶液中的離子濃度有關(guān),離子強(qiáng)度越高,雙電層愈壓縮。離子的化合價也會影響雙電層的厚度,三價離子(如 Al3 )將會比單價離子(如 Na )更多地壓縮雙電層。即使很低濃度的選擇性吸附離子,也可能對 zeta 電位有很大影響,有時甚至?xí)斐深w粒的電荷性質(zhì)發(fā)生改變(從帶負(fù)電變成帶正電,或從帶正電變成帶負(fù)電)。

某種特殊添加劑的濃度(如表面活性劑、高分子等):研究樣品中的添加劑濃度對產(chǎn)品 zeta 電位的影響,可為研發(fā)穩(wěn)定方案的產(chǎn)品提供有用信息。添加劑可能會與顆粒表面發(fā)生相互作用,從而改變顆粒表面的電荷狀態(tài)和 zeta 電位 。


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