Zeta電位測量技術的進展

更新時間：2022-05-26 點擊次數(shù)：2561

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

圖1. 顆粒的電泳和Henry方程

我們知道，對于一個帶電的顆粒，如果我們將其置于一個已知強度的電場中，由于電場力的存在，帶電粒子就會在電場中進行電泳運動，其中正電荷往負極走，負電荷往正極走。根據(jù)Henry方程，在單位電場條件下，顆粒的電泳遷移率將會直接正比于顆粒的Zeta電位。換句話說，只要能夠準確測量帶電粒子在電場中移動的速度，就可以通過Henry方程得到顆粒的Zeta電位。但對于微觀顆粒其尺寸非常小，移動速度又相對較慢，因此常規(guī)的測試方法要想準確測得顆粒的移動速度將會面臨較大挑戰(zhàn)，而電泳+光散射的方式，則恰恰可以較好地解決這個問題。根據(jù)光學多普勒效應，一束光照射到一個移動的物體上，散射光的頻率將會發(fā)生變化，物體移動越快，則反射波頻率變化越大，通過測量散射光頻率的變化，即可得到顆粒的移動速度，從而計算出顆粒的Zeta電位。

圖2. 多普勒效應

雖然其理論上已經(jīng)相對成熟，但要真正實現(xiàn)Zeta電位的準確測試還是會面臨很多實際問題和挑戰(zhàn)。比如由于顆粒移動速度相對較慢，顆粒移動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，這就意味著這個頻率變化非常小，很難準確測到。還有待測顆粒非常小，很多都在納米級別，這也就意味著散射光信號非常弱，而弱信號對噪音和擾動非常敏感等等。應對于這些難點和測試需求，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和設計，比如采用現(xiàn)在先進的拍頻+相位分析技術，就是來解決頻率變化很小這個難題的。通過使用高靈敏度的APD雪崩光電二極管代替常規(guī)的PMT檢測器來增加弱信號的靈敏度，同時各種光纖和光路補償技術的應用極大的優(yōu)化了光路穩(wěn)定性，大大拓展了其應用領域和效果。

圖3. 電泳光散射光路示意圖

這樣，一臺技術先進、結果準確的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，實驗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，其本身電位會受多種環(huán)境因素，比如溶液pH值、電導率、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。