Zeta電位及其測定方法

1、Zeta電位及其測定方法Zeta電位（Zeta potential），又叫電動電位或電動電勢（電位或電勢），是指滑動面(Shear Plane)的電位。它是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。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。Zeta電位的重要意義在于它的數(shù)值與膠態(tài)分散的穩(wěn)定性相關(guān)。Zeta電位是對顆粒之間相互排斥或吸引力的強度的度量，分子或分散粒子越小，Zeta電位（正或負）越高，體系越穩(wěn)定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta電位（正或負）越低，越傾向于凝結(jié)或凝聚，即吸引力超過了排斥力，分散被破壞而發(fā)生凝結(jié)或凝聚。Zeta電位與體

2、系穩(wěn)定性之間的大致關(guān)系如下表所示。Zeta電位mV膠體穩(wěn)定性0 5,快速凝結(jié)或凝聚10 30開始變得不穩(wěn)定30 40穩(wěn)定性一般40 60較好的穩(wěn)定性超過61穩(wěn)定性極好1、Zeta電位及Stern模型1.1膠體雙電層理論、膠團結(jié)構(gòu)：膠體粒子間的靜電排斥力減少相互碰撞的頻率,使聚結(jié)的機會大大降低,從而增加了相對的穩(wěn)定性。當(dāng)固體與液體接觸時,可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子,也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進入溶液,以致使固液兩相分別帶有不同符號的電荷,在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。對于雙電層的具體結(jié)構(gòu),最早于1879年Helmholz(亥姆霍茲)提出平板型模型;1910年Gouy和191

3、3年Chapmar修正了平板型模型,提出了擴散雙電層模型;后來Stern又提出了Stern模型。1.1.1亥姆霍茲平板型模型亥姆霍茲認為固體的表面電荷與溶液中帶相反電荷的(即反離子)構(gòu)成平行的兩層,如同一個平板電容器。整個雙電層厚度為漢固體表面與液體內(nèi)部的總的電位差即等于熱力學(xué)電勢仰,在雙電層內(nèi),熱力學(xué)電勢呈直線下降。在電場作用下,帶電質(zhì)點和溶液中的反離子分別向相反方向運動。該模型過于簡單,由于離子熱運動,不可能形成平板電容器也不能解釋帶電質(zhì)點的表面電勢仰與質(zhì)點運動時固液兩相發(fā)生相對移動時所產(chǎn)生的電勢差Zeta電勢(電動電勢)的區(qū)別,也不能解釋電解質(zhì)對Zeta電勢的影響等。1.1.2擴散雙電層

4、模型Gouy(古依)和Chapman(查普曼)認為,由于正、負離子靜電吸引和熱運動兩種效應(yīng)的結(jié)果,溶液中的反離子只有一部分緊密地排在固體表面附近,相距約一、二個離子厚度稱為緊密層;另一部分離子按一定的濃度梯度擴散到本體溶液中,離子的分布可用玻茲曼公式表示,稱為擴散層。雙電層由緊密層和擴散層構(gòu)成。移動的切動面為AB面。Gouy一ChaPman理論雖然考慮到了靜電吸引力和熱運動力的平衡,但是它沒有考慮到固體表面上的吸附作用,尤其是特殊的吸附作用。1.1.3 Stern模型1924年Stern(斯特恩)對擴散雙電層模型作進一步修正。該模型認為溶液一側(cè)的帶電層應(yīng)分為緊密層和擴散層兩部分。他認為固體表面

5、因靜電引力和范德華引力而吸引一層反離子，緊貼固體表面形成一個固定的吸附層，這種吸附稱為特性吸附，這一吸附層（固定層）稱為Stern層（見上圖）。Stern層由被吸附離子的大小決定。吸附反離子的中心構(gòu)成的平面稱為Stern面?；瑒用媸潜萐tern面厚的一個曲折曲面，滑動面由Stern層和部分擴散層構(gòu)成。由Stern面到溶液中心的電位降稱為Stern電位，而Zeta電位是指由滑動面到溶液中心的電位降。由于離子的溶劑化作用,膠粒在移動時,Stern層會結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動,所以滑移的切動面要以Stern層略右的曲線表示。Stern理論除了從特殊吸附的角度來校正Gouy-Chapman理論外,還考慮到了離子具有一定大小。Gouy-Chapman理論假設(shè)溶液中電解質(zhì)離子為點電荷,它并不占有體積,因此它吸附在固體表面上并不會形成具有一定厚度的吸附層。但事實上離子不但具有一定的體積,而且會形成溶劑化離子,特別是在水溶液中更易形成水化離子。2.Zeta電位的應(yīng)用Zeta電位有著廣泛的用途，如在造紙行業(yè)中，檢測纖維和填料表面的Zeta電位，可以有效的輔助化學(xué)品助劑的添加。另外，Zeta電位的測量使我們能夠詳細了解分散機理，它對靜電分散控制至關(guān)重要，對于釀造、陶瓷