《zeta电位测量》word版

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1、动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量前言：Zeta电位是纳米材料的一种重要表征参数。现代仪器可以通过简便的手段快速准确地测得。大致原理为：通过电化学原理将Zeta电位的测量转化成带电粒子淌度的测量，而粒子淌度的测量测是通过动态光散射，运用波的多普勒效应测得。1.Zeta电位与双电层（图1）      粒子表面存在的净电荷，影响粒子界面周围区域的离子分布，导致接近表面抗衡离子（与粒子电。荷相反的离子）浓度增加。于是，每个粒子周围均存在双电层。围绕粒子的液体层存在两部分：一是内层区，称为Stern层，其中离子与

2、粒子紧紧地结合在一起；另一个是外层分散区，其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。在分散层内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时（如由于重力），在此边界内的离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。这个边界称为流体力学剪切层或滑动面（slippingplane）。在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。2.Zeta电位与胶体的稳定性（DLVO理论）  在1940年代Derjaguin,Landau,Verway与Overbeek提出了描述胶体稳定的理论，认为胶体体系的稳定性是当颗粒相互接近时它们之间

3、的双电层互斥力与范德瓦尔互吸力的净结果。此理论提出当颗粒接近时颗粒之间的能量障碍来自于互斥力，当颗粒有足够的能量克服此障碍时，互吸力将使颗粒进一步接近并不可逆的粘在一起。（图2）      Zeta电位可用来作为胶体体系稳定性的指示：如果颗粒带有很多负的或正的电荷,也就是说很高的Zeta电位,它们会相互排斥,从而达到整个体系的稳定性；如果颗粒带有很少负的或正的电荷,也就是说它的Zeta电位很低,它们会相互吸引,从而达到整个体系的不稳定性。一般来说,Zeta电位愈高,颗粒的分散体系愈稳定，水相中颗粒分散稳定性的分界线一般认为在+30

4、mV或-30mV，如果所有颗粒都带有高于+30mV或低于-30mV的zeta电位,则该分散体系应该比较稳定3.影响Zeta电位的因素  分散体系的Zeta电位可因下列因素而变化:A.pH的变化B.溶液电导率的变化C.某种特殊添加剂的浓度,如表面活性剂,高分子测量一个颗粒的zeta势能作为上述变量的变化可了解产品的稳定性，反过来也可决定生成絮凝的最佳条件。3.1Zeta电位与pH（图3）      影响zeta电位最重要的因素是pH，当谈论zeta电位时，不指明pH根本一点意义都没有。假定在悬浮液中有一个带负电的颗粒；假如往这一悬浮

5、液中加入碱性物质，颗粒会得到更多的负电；假如往这一悬浮液中加入酸性物质，在一定程度时，颗粒的电荷将会被中和；进一步加入酸，颗粒将会带更多的正电。    Zeta电位对pH作图在低pH将是正的，在高pH将是负的，这中间一定有一点会通过零zeta电位，这一点称为等电点，是相当重要的一点，通常在这一点胶体是最不稳定的。3.2Zeta电位与电导率双电层的厚度与溶液中的离子浓度有关，可根据介质的离子强度进行计算，离子强度越高，双电层愈压缩同，离子的化合价也会影响双单层的厚度，三价离子(Al3+)将会比单价离子(Na+)更多的压缩双电层。无机

6、离子可有两种方法与带电表面相作用：1.非选择性吸附.对于等电点没有影响2.选择性吸附.会改变等电点      即使很低浓度的选择性吸附离子,也会对Zeta电位有很大的影响，有时选择性吸附离子甚至会造成颗粒从带负电变成带正电,从带正电变成带负电。3.3Zeta电位与添加剂浓度    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配方的产品提供有用的信息，样品中已知杂质对zeta电位的影响可作为研制抗絮凝的产品的有力工具。4.带电粒子的动电学效应    表面电荷的存在使得颗粒在一外加电场中呈现某些特殊效应，这些效应总称为动

7、电学效应，根据引入运动的方式，有四种不同的动电学效应：电泳:在外加电场中带电颗粒相对于静止悬浮液体的运动电渗:在外加电场中相对于静止带电表面的液体运动流动电势:当液体流过静止表面时所产生的电场沉降电势:当带电颗粒在静止液体中流动时所产生的电场5.Zeta电位测量理论      在一平行电场中,带电颗粒向相反极性的电极运动，颗粒的运动速度与下列因素有关:电场强度，介质的介电常数，介质的粘度（均为已知参数）Zeta电位（未知参数）Zeta电位与电泳淌度之间由Henry方程相连（图4）由Henry方程可以看出，只要测得粒子的淌度，查到介

8、质的粘度、介电常数等参数，就可以求得Zeta电位。6.淌度测量方法6.1直接观测法    在早期，测量粒子淌度时，是在分散体系两端加上电压，用显微装置观测。6.2多普勒效应测量法      当测量一个速度为C，频率为no的波时，假如波源与探测器之间