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Zeta電位測(cè)量技術(shù)的進(jìn)展

更新時(shí)間:2022-05-26      點(diǎn)擊次數(shù):2546


Zeta電位是反映懸液中顆粒表面帶電性質(zhì)的重要參數(shù),對(duì)乳液、凝膠、懸液等體系穩(wěn)定性研究有重要指導(dǎo)意義。那如何測(cè)量懸液中顆粒的Zeta電位呢?現(xiàn)在市面上有很多種技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)電位測(cè)試,比如動(dòng)態(tài)圖像電泳法、超聲波電泳技術(shù)等,但相對(duì)最為成熟的方法還是電泳光散射技術(shù),其主要測(cè)試原理如下:

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1. 顆粒的電泳和Henry方程

我們知道,對(duì)于一個(gè)帶電的顆粒,如果我們將其置于一個(gè)已知強(qiáng)度的電場(chǎng)中,由于電場(chǎng)力的存在,帶電粒子就會(huì)在電場(chǎng)中進(jìn)行電泳運(yùn)動(dòng),其中正電荷往負(fù)極走,負(fù)電荷往正極走。根據(jù)Henry方程,在單位電場(chǎng)條件下,顆粒的電泳遷移率將會(huì)直接正比于顆粒的Zeta電位換句話說,只要能夠準(zhǔn)確測(cè)量帶電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)的速度,就可以通過Henry方程得到顆粒的Zeta電位。但對(duì)于微觀顆粒其尺寸非常小,移動(dòng)速度又相對(duì)較慢,因此常規(guī)的測(cè)試方法要想準(zhǔn)確測(cè)得顆粒的移動(dòng)速度將會(huì)面臨較大挑戰(zhàn),而電泳+光散射的方式,則恰恰可以較好地解決這個(gè)問題。根據(jù)光學(xué)多普勒效應(yīng),一束光照射到一個(gè)移動(dòng)的物體上,散射光的頻率將會(huì)發(fā)生變化,物體移動(dòng)越快,則反射波頻率變化越大,通過測(cè)量散射光頻率的變化,即可得到顆粒的移動(dòng)速度,從而計(jì)算出顆粒的Zeta電位。

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 2. 多普勒效應(yīng)

雖然其理論上已經(jīng)相對(duì)成熟,但要真正實(shí)現(xiàn)Zeta電位的準(zhǔn)確測(cè)試還是會(huì)面臨很多實(shí)際問題和挑戰(zhàn)。比如由于顆粒移動(dòng)速度相對(duì)較慢,顆粒移動(dòng)引起的光波頻率變化只有幾十到幾百赫茲,而本身一束激光的頻率在1014赫茲左右,這就意味著這個(gè)頻率變化非常小,很難準(zhǔn)確測(cè)到。還有待測(cè)顆粒非常小,很多都在納米級(jí)別,這也就意味著散射光信號(hào)非常弱,而弱信號(hào)對(duì)噪音和擾動(dòng)非常敏感等等。應(yīng)對(duì)于這些難點(diǎn)和測(cè)試需求,丹東百特儀器有限公司在BeNano系列儀器中采取了一系列新的技術(shù)和設(shè)計(jì),比如采用現(xiàn)在先進(jìn)的拍頻+相位分析技術(shù),就是來解決頻率變化很小這個(gè)難題的。通過使用高靈敏度的APD雪崩光電二極管代替常規(guī)的PMT檢測(cè)器來增加弱信號(hào)的靈敏度,同時(shí)各種光纖和光路補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用極大的優(yōu)化了光路穩(wěn)定性,大大拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域和效果。

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 3. 電泳光散射光路示意圖

    這樣,一臺(tái)技術(shù)先進(jìn)、結(jié)果準(zhǔn)確Zeta電位儀器就研發(fā)出來了,但是要想真正讓其發(fā)揮大的作用,實(shí)驗(yàn)過程和條件也缺一不可。畢竟顆粒可能懸浮在不同的液體環(huán)境中,其本身電位會(huì)受多種環(huán)境因素,比如溶液pH值、電導(dǎo)率、組成成分及濃度等影響,究竟有何影響,我們將在Zeta電位的前世今生三》中揭曉。

 

 

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