Zeta電位儀測試簡化過程資料

1、Zeta 電位儀測試簡化過程1、 開啟儀器 ( 儀器的開關(guān)在設備的后面的右上部位) ，將出現(xiàn) “嘟嘟” 聲，指示儀器已開啟，開始初始化步驟；如果儀器完成例程，出現(xiàn)第二次 “嘟嘟”聲。將再次聽到兩次“嘟嘟”聲，說明儀器已達到25C的默認溫度。因為本儀器為632.8 激光光源， 一般需穩(wěn)定 30分鐘2、點擊圖標，啟動 Zetasizer 軟件3、點擊軟件中 FileNew - Measurement file ，創(chuàng)建此次測試文件，一經(jīng)創(chuàng)建，本次測試的結(jié)果均自動保存在此文件中，無需另行保存。4、制備樣品5、將制備的樣品注入樣品池，粒徑分布需1.0 ml 1.5 ml ，Zeta 點位測量至少需要 1

2、.0 ml 。6、將樣品池插入儀器中，等待溫度平衡7、點擊 Start （ ），即進行測量。8、使用光盤拷取數(shù)據(jù)。使用注意事項測量粒徑分布1.測量粒徑前，需查知樣品分散劑的粘度、折光指數(shù)（Refractive Index）用卷紙輕輕點拭樣品池外側(cè)水滴，切勿用力擦拭，以防將樣品池劃傷，如發(fā)現(xiàn)樣品池有劃紋，需更換。手盡量避免觸摸樣品池下端，否則會影響光路。一定要去除樣品池內(nèi)的氣泡實驗室提供的樣品池為聚苯乙烯材質(zhì)，不可用于測量有機分散體系實驗室提供的樣品池 ,測量溫度不可高于 50 攝氏度如需測量有機分散體系或高于 50 攝氏度，請自帶石英比色皿使用濾紙過濾時，舍去過濾后的第一滴樣品，以防濾紙上雜質(zhì)

3、進入樣品池測量時需自帶：卷紙、多個注射器、多個離心管（用于稀釋樣品）Zeta 電位測量1、測量粒徑前，需查知樣品分散劑的粘度、折光指數(shù)（Refractive Index）、介電常數(shù)（ Dielectric constant）2、用卷紙輕輕點拭樣品池外側(cè)水滴，尤其是兩個塞子外側(cè)3、一定要去除樣品池內(nèi)的氣泡，尤其是電極上氣泡4、如發(fā)現(xiàn)電極變黑，需更換5、實驗室提供的樣品池為聚苯乙烯材質(zhì)，不可用于測量有機分散體系6、實驗室提供的樣品池測量溫度不可高于70 度7、使用濾紙過濾時，舍去過濾后的第一滴樣品，以防濾紙上雜質(zhì)進入樣品池測量時需自帶：卷紙、多個注射器（5ml）、多個離心管（用于稀釋樣品）制備樣品

4、 粒徑樣品濃度每個類型的樣品材料，有最佳的樣品濃度測量范圍。如果樣品濃度太低，可能會沒有足夠的散射光進行測量。除極端情況外，對該儀器來說一般不會發(fā)生。如果樣品太濃，那么一個粒子散射光也會被其它粒離所散射（這稱為多重散射）。濃度的上限也要考慮到：在某一濃度以上，由于粒子間相互作用，粒子不再進行自由擴散。粒徑最小濃度（推薦）最大濃度（推薦） 1 m0.1g/l-2 %）1%質(zhì)量（假定密度1g/cm3）（10質(zhì)量小粒子需要考慮的事項最小濃度對小于 10nm的粒子，決定最小濃度的主要因素是樣品生成的散射光強。實用的角度，這種濃度應生成最低光強為10 ， 000cp/s （ 10 kcps ），這樣才能

5、超過分散劑的散射。作為一個指導，水的散射光強應超過10kcp 的，甲苯的應超過100kcps 。最大濃度對小粒徑的樣品，最大濃度實際上不存在（以進行動態(tài)光散射（DLS ）測量的術(shù)語來說）。但實際，樣品的性質(zhì)本身會決定此最大值。例如，樣品可能有以下性質(zhì)：膠凝作用 ： 凝膠不適合采用Zetasizer進行測量 （這對所有基于動態(tài)光散射原理儀器都是事實）粒子相互作用：如果粒子之間存在相互作用，那么粒子的擴散常數(shù)通常會改變，導致不正確的結(jié)果。應選擇某一濃度避免粒子相互作用。大顆粒需要考慮的事項最小濃度即使對大顆粒，知道最小濃度仍然是得到有效散射光強的保障，雖然我們還必須考慮“ Numberfluctu

6、ation” （數(shù)量波動 :粒子濃度太低導致在光路中的粒子數(shù)量隨時間較大波動）的附加效應。例如，如果在低濃度（比如說0.001 g/l（ 10-4 %）下測量一個大顆粒（比如說500nm ）樣品，生成的散射光大于進行測量的所需量。但是，散射體積中粒子數(shù)太小（小于10），在散射體積中會發(fā)生嚴重的粒子數(shù)量隨時間波動。這些波動與所用計算方法中假設的類型不符，通常會被錯誤詮釋為樣品中的大顆粒。必須避免此類波動，這決定了所要求濃度的下限和粒子數(shù)的下限。光路中至少應存在500個粒子，但推薦最小量為1000 個粒子。參見下圖：對假定密度為1 g/cm3的不同濃度溶液中，每散射體積中粒子數(shù)的估算圖。最大濃度較

7、大顆粒的樣品濃度上限，由其引起多重散射的趨勢決定。雖然 Zetasizer 對多重散射不是十分敏感，但隨著濃度增加，多重散射效應越來越占優(yōu)勢，在達到某一濃度時，生成過多的多重散射，會影響測量結(jié)果。當然，如此高的濃度不應用于精確測量，上表中給出了不同粒徑粒子最大濃度的粗略估算。通用規(guī)則是， 在多重散射和粒子相互作用影響結(jié)果之前，以可能的最高濃度進行測量。 可以假定樣品中的灰塵污染對高濃度和低濃度是相同的，因此樣品濃度增加，從樣品得到的散射光強相對灰塵散射光強有所增加。過濾用于稀釋樣品（分散劑和溶劑）的所有液體，應于使用前過濾，避免污染樣品。過濾器的粒徑應由樣品的估算粒徑?jīng)Q定。如果樣品是 10nm

8、，那么 50nm灰塵將是分散劑中的重要污染物。水相分散劑可被 0.2 m孔徑膜過濾，而非極性分散劑可被10或 20nm 孔徑膜過濾。盡可能不過濾樣品。過濾膜能通過吸附以及物理過濾消耗樣品。只有在溶液中有較大粒徑粒子如聚集物時，且它們不是所關(guān)心的成分，或可能引起結(jié)果改變，才過濾樣品。運用超聲波可使用超聲處理除去氣泡或破壞聚集物但是，必須謹慎應用， 以便避免損壞樣品中的原有粒子。 使用超聲的強度和施加時間方面，依賴于樣品。礦物質(zhì)如二氧化鈦，是通過超聲探頭進行分散的一個理想的例子，但是某些礦物質(zhì)，如炭黑， 的粒徑，可能依賴于所應用的功率和超聲處理時間。超聲甚至可使得某些礦物質(zhì)粒子聚集。乳狀液和脂質(zhì)體

9、不得采用超聲處理。制備樣品 Zeta 電位Zetasizer Nano 中用于 Zeta 電位測量的光學設置在第 15 章中討論。使用一束激光作為光源，激光被一個分光鏡分為一束入射光和一束參考光。參考光的光強在出廠時設置，通常在2000至3500Kcps 之間。入射光穿過樣品池的中央，散射光在向前的角度被檢測。因此總的來說對于Zeta電位測量的樣品應該光學透明。最高和最低樣品濃度可依賴于以下因素：粒子的光學性質(zhì)粒子粒徑粒子的分散度在Zeta 電位測量過程中，首先測量參考光的強度，并且顯示在Log sheet中。隨后檢測散射光強度，并由衰減器調(diào)節(jié)散射光的強度至參考光源的1/10 。舉個例子說，如

10、果參考光源的光強是2600kcps,衰減器將會調(diào)節(jié)散射光強不高于260kcps.如第 5章所述，儀器中的衰減器有11個位置，覆蓋從100%至 0.0003% 透射率在Zeta 電位測試過程中的最小光強為20kcps ，低于此光強測試將中止。Zeta 電位測試中的最低濃度在Zeta 電位測試過程中所需的最小光強為20kcps 。因此最低濃度取決于相對折光指數(shù)差（粒子和溶劑間的折光指數(shù)差值） 和粒子尺寸。 粒子的尺寸越大所產(chǎn)生的散射光越強，所需的濃度也就越低。舉例來說，氧化鈦粒子的水性懸浮液。氧化鈦的折光指數(shù)為2.5 ，與水的折光指數(shù)差較大，因此有較強的散射能力。因此對于300nm的氧化鈦粒子，最

11、小濃度可以為10-6 w/v % 。對于折光指數(shù)差很小的樣品，比如蛋白質(zhì)溶液，最低濃度會高很多。通常最低濃度需要在0.1 1w/v % 之間才能有足夠的散射光強進行Zeta 電位測量。最終，對于特定樣品進行一個成功的Zeta 電位測量的最低濃度，應該由試驗實際測量得到。Zeta 電位測試中的最高濃度對于在本儀器的Zeta 電位測量的最高濃度沒有一個明確的答案。以上討論的因素， 如粒子的粒徑，分散度，樣品的光學性質(zhì)，都應考慮。Zeta 電位測量過程中的散射光在向前的角度收集，因此激光應該能夠穿過樣品。如果樣品的濃度過高，則激光將會由于樣品的散射衰減很多，相應的降低檢測到的散射光光強。為了補償此影

12、響，衰減器會讓更過的激光通過。最終，樣品的濃度范圍必須由測定不同濃度下的Zeta 電位的試驗決定，由此來得到濃度對Zeta電位的影響。多數(shù)樣品要求稀釋，這個步驟在確定最終測量值中是至關(guān)重要的。對有意義的測量，稀釋介質(zhì)也是非常重要的。所給出的測量結(jié)果，如沒有提及所分散的介質(zhì)，則是沒有意義的。Zeta 電位依賴于分散相的組成，因為它決定了粒子表面的特性。稀釋介質(zhì)大多數(shù)樣品的分散相，可以歸于兩類之一：介電常數(shù)大于20的分散劑被定義為極性分散劑，如乙醇和水。介電常數(shù)小于20的分散劑被定義為非極性 或低極性分散劑，如碳氫化合物類、高級醇類。水相 / 極性系統(tǒng)制備樣品的目標，是在稀釋過程中，保留表面的現(xiàn)存

13、狀態(tài)。只有一種方式保證這種情況。即通過過濾或離心原始樣品，得到清澈的分散劑，使用這種分散劑稀釋原有濃度樣品。以這種方式，完美地維持了表面與液體之間的平衡。如果提取上清液是不可能的，那么需讓樣品自然沉淀，使用上清液中留下的小粒子是比較好好的方法。使用 Smoluchowski 理論近似， Zeta 電位不是粒徑依賴性參數(shù)。另一種方法是盡可能接近地模擬原始介質(zhì)。需考慮下述條件：pH 。系統(tǒng)的總離子濃度。存在的任何表面活性劑或聚合物的濃度非極性系統(tǒng)在絕緣介質(zhì)如正己烷、異鏈烷烴中，測量樣品是極為不易。它要求使用 universaldip cell （通用插入式樣品池）。因為此樣品池較好的化學兼容性以及

14、電極間的狹窄空間，這對于不使用高電壓時，生成較高磁場強度是必需的。這種系統(tǒng)的樣品制備，將遵照與極性系統(tǒng)相同樣的規(guī)則。由于在非極性分散劑中，通常很少有離子以抑制 Zeta 電位，所測量的實際值似乎是非常高的，如200或 250 mV。 在這樣的非極性系統(tǒng)中，稀釋后樣品的平衡呈時間依賴性，平衡時間可超過24小時。彎曲式毛細管樣品池如下所述填充樣品池：用注射器取至少1ml 樣品。將注射器與樣品池一端連接。將樣品 緩慢 注射入樣品池，檢查是否除去 所有氣泡。如果在樣品池端口下形成一個氣泡，將注射器活塞拉回，使氣泡吸回注射器體，再重新注射。一旦樣品開始從第二個樣品端口冒出，插入塞子 。移去注射器，插入第

15、二個塞子 。在樣品池的透明毛細區(qū)域，不應 看到任何氣泡。必要時，輕拍樣品池以驅(qū)逐氣泡。檢查樣品池電極是否仍然完全被樣品淹沒。移去濺在外部電極上的任何液體。注意：進行測量之前，必須配置塞子。粒徑測量原理什么是動態(tài)光散射？Zetasizer Nano 系列使用稱為動態(tài)光散射（DLS ）的過程進行粒徑測量。動態(tài)光散射（也稱為PCS 光子相關(guān)光譜）測量布朗運動，并將此運動與粒徑相關(guān)。這是通過用激光照射粒子，分析散射光的光強波動實現(xiàn)的。散射光波動 如果小粒子被光源如激光照射，粒子將在各個方向散射。如果將屏幕靠近粒子，屏幕即被散射光照亮。現(xiàn)在考慮以千萬個粒子代替單個粒子。屏幕將出現(xiàn)如下所示的散射光斑。散射

16、光斑由明亮和黑暗的區(qū)域組成，在黑暗區(qū)域不能監(jiān)測到光。什么引起這些明亮區(qū)域和黑暗區(qū)域？下圖顯示粒子散射光的傳播的波動。光的明亮區(qū)域是：粒子散射光以同一相位到達屏幕，相互疊加相干形成亮斑。黑暗區(qū)域是：不同相位達到屏幕互相消減。在上例中，我們說粒子是不運動的。在這種情況下，散射光斑也將是靜止的即散射光斑位置和散射光斑大小都是不變的。實際上， 懸浮于液體中的粒子從來不是靜止的。由于布朗運動，粒子不停地運動。布朗運動是由于與環(huán)繞粒子的分子隨機碰撞引起的粒子運動。對 DLS 來說，布朗運動的一個重要特點是：小粒子運動快速，大顆粒運動緩慢。在 Stokes - Einstein 方程中，定義了粒徑與其布朗運

17、動所致速度之間的關(guān)系。由于粒子在不停地運動，散射光斑也將出現(xiàn)移動。由于粒子四處運動，散射光的建設性和破壞性相位疊加， 將引起光亮區(qū)域和黑暗區(qū)域呈光強方式增加和減少或以另一種方式表達，光強似乎是波動的。Zetasizer Nano 測量了光強波動的速度，然后用于計算粒徑。詮釋散射光波動數(shù)據(jù)我們知道，Zetasizer測量散射光的光強波動，并用于計算樣品中粒徑 但它如何進行工作的呢？在儀器中有一個部件叫數(shù)字相關(guān)器。在一段時間，一個相關(guān)器基本上測量了兩個信號之間的相似程度。如果我們將在某一時間點（比如說時間=t）將散射光斑特定部分的光強信號，與極短時間后t+ t）的光強信號相比較，我們將發(fā)現(xiàn)，兩個信

18、號是非常相似的 或是強烈相關(guān)的。然后，如果我們比較時間稍提前一點 （ t+2 t）的原始信號， 這兩個信號之間仍然存在相對良好的比較，但它也許不如 t+ t時良好。因此，這種相關(guān)性是隨時間減少的?，F(xiàn)在考慮在“ t”時的光強信號與隨后更多時間的光強信號 兩個信號將互相沒有關(guān)系，因為粒子是在任意方向運動的（由于布朗運動）。在這種情況下，可以說這兩個信號沒有任何相關(guān)。使用 DLS ，我們可處理非常短的時間標度。在典型的散射光斑模式中，使相關(guān)關(guān)系降至0的時間長度，處于 1 10毫秒級?！吧院蠖虝r”（t）將在納秒或微秒級。如果我們將“t”時的信號強度與它本身比較，那么我們得到完美的相關(guān)關(guān)系，因為信號是同

19、一個。完美的相關(guān)關(guān)系為1，沒有任何相關(guān)關(guān)系為0。如果我們繼續(xù)測量在（t+3 t） , （ t+4 t） , （ t+5 t） , （ t+6 t）時的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)關(guān)系將最終減至 0。 相關(guān)關(guān)系對照時間的典型相關(guān)關(guān)系函數(shù)如下所示。使用相關(guān)函數(shù)得到粒徑信息相關(guān)關(guān)系函數(shù)如何與粒徑相關(guān)？我們早先提到，正在做布朗運動的粒子速度，與粒徑（粒子大?。┫嚓P(guān)（ Stokes - Einstein 方程） 。 大顆粒運動緩慢，小粒子運動快速。這對散射光斑有什么效應？如果測量大顆粒，那么由于它們運動緩慢，散射光斑的強度也將緩慢波動。類似地，如果測量小粒子，那么由于它們運動快速，散射光斑的密度也將快速波動。下圖顯示

20、了大顆粒和小粒子的相關(guān)關(guān)系函數(shù)?？梢钥吹剑?相關(guān)關(guān)系函數(shù)衰減的速度與粒徑相關(guān)，小粒子的衰減速度大大快于大顆粒的。在測量相關(guān)函數(shù)后，可以使用這個信息計算粒徑分布。Zetasizer 軟件使用算法，提取針對一系列粒徑類別的衰減速度，以得到粒徑分布。典型粒徑分布圖如下所示。X 軸顯示粒徑類別分布，而Y 軸顯示散射光的相對強度。因此，這稱為光強度分布。雖然由 DLS 生成的基礎粒徑分布是光強度分布，但使用米氏理論， 可將其轉(zhuǎn)化為體積分布（volumedistribution ）。也可進一步將這種體積分布轉(zhuǎn)化為數(shù)量分布（Number distribution）。但是，數(shù)量分布的運用有限，因為相關(guān)方程采集

21、數(shù)據(jù)中的小錯誤將導致數(shù)量分布的巨大誤差。Intensity（ 光強 ）、Volume（體積）和 Number （數(shù)量）分布光強、體積和數(shù)量分布之間有什么差別？說明光強、體積和數(shù)量分布之間差異的簡單方式，是考慮只含兩種粒徑（5nm 和 10nm ）、但每種粒子數(shù)量相等的樣品。下面第一個圖顯示了數(shù)量分布結(jié)果。可以預期有兩個同樣粒徑（1:1 ）的峰，因為有相等數(shù)量的粒子。第二個圖顯示體積分布的結(jié)果。50nm 粒子的峰區(qū)比5nm（1:1000 比值）的峰區(qū)大1000倍。這是因為， 50nm 粒子的體積比5nm粒子的體積（球體的體積等于4/3 （ r） 3）大 1000倍。第三個圖顯示光強度分布的結(jié)果。

22、50nm 粒子的峰區(qū)比5nm （ 1:1000 比值）的峰區(qū)大1,000,000 倍（比值 1:1000000 ）。這是因為大顆粒比小粒子散射更多的光（粒子散射光強與其直徑的6次方成正比（得自瑞利近似）。需要再說明的是，從DLS 測量得到的基本分布是光強分布 所有其它分布均由此生成。Zetasizer Nano操作 粒徑測量典型的 DLS 系統(tǒng)由 6個主要部件組成。首先是激光器 ，用于提供照射樣品池 內(nèi)樣品粒子的光源。大多數(shù)激光束直接穿過樣品，但有一些被樣品中的粒子所散射。一個 檢測器 用于測量散射光的強度。由于粒子向所有方向散射光，將檢測器置于任何位置都是（理論上）可能的，都可以監(jiān)測到散射。

23、對于 Zetasizer Nano 系列，依賴于儀器的型號，檢測器位置將置于173或 90。散射光強必須在檢測器的特定范圍，以便成功進行測量。如果監(jiān)測到太多的光，那么檢測器可能會過載。為克服這個問題，使用一個“衰減器 ”，降低激光強并因此降低散射光的光強。對散射少量光的樣品，如極小粒子或較低濃度樣品，必須增加散射光量。在這種情況下，衰減器允許更多激光穿過樣品。對散射更多光的樣品，如大顆?；蜉^高濃度樣品，必須降低散射光量。這是通過使用衰減器降低穿過樣品的激光量實現(xiàn)的。在測量過程中，Zetasizer 自動確定衰減器的適當位置。將檢測器的散射光強信號傳遞至數(shù)字信號處理板，此板稱為相關(guān)器 。 相關(guān)器

24、在連續(xù)時間間隔內(nèi)比較散射光強，得到光強變化的速率。然后將相關(guān)器信息傳遞至計算機 ，此處 Zetasizer 軟件將分析數(shù)據(jù)并得到粒徑信息。173檢測光學構(gòu)造 背散射檢測 Zetasizer Nano S 和 ZS 可測量接近 180 的散射信息。這稱為背散射檢測。背散射檢測運用了稱為NIBS （非侵入背散射）的專利技術(shù)。為什么測量背散射？測量背散射有幾個優(yōu)點：因為測量背側(cè)散身，入射光束沒有必要穿過整個樣品。因為光只需穿過樣品的較短路徑長度，因此可以測量較高濃度的樣品。這降低了稱為多重散射的效應；在多重散射中，來自一個粒子的散射光本身是其它粒子散射的。與樣品粒徑比較， 分散劑中的灰塵等污染物比較

25、大。 大顆粒主要在前進方向散射。 因此，通過測量背散射，可大大降低灰塵效應。多重散射效應在180o最小 同樣，這允許測量較高濃度樣品?？梢苿油哥R在Zetasizer Nano 系統(tǒng)內(nèi)，可移動透鏡允許改變樣品池內(nèi)的聚焦位置。這允許測量更大范圍的樣品濃度。對小粒子或較低濃度樣品，使樣品的散射量最大化是有利的。因為激光穿樣品池壁并進入分散劑，樣品池壁會引起“閃光”。這種閃光可能覆蓋散射信號。將測量點移離樣品池壁，移向樣品池中心，將消除這些效應。大顆?；蜉^高濃度樣品散射更多的光。在這種情況下， 距離樣品池壁較近的測量，將降低多重散射效應。在這種情況中， 樣品池壁的閃光將具有較少影響。與散射信號比較，

26、任何閃光強度都會按比例降低。測量位置由Zetasizer軟件自動確定。90檢測光學構(gòu)造 經(jīng)典裝置Zetasizer Nano 儀器范圍中已包括90 型號即 Zetasizer Nano S90 和 ZS90 ，提供與其它有90 檢測光學構(gòu)造的系統(tǒng)的連續(xù)性。這些模型不使用可移動測量裝置，但使用“經(jīng)典的”固定為90的監(jiān)測設置，即檢測器和激光以樣品池區(qū)中心為90排列。這種配置降低了這些型號的可檢測粒徑范圍。對測量范圍，請參見附錄A 中的規(guī)格表。Zeta電位測量原理Zetasizer Nano 系列通過測量電泳遷移率 并運用 Henry 方程 計算 Zeta電位。通過使用激光多普勒測速法（ LDV ）

27、對樣品進行電泳遷移率實驗，得到帶電粒子電泳遷移率。在隨后的幾節(jié)說明這些技術(shù)。Zeta電位和雙電層粒子表面存在的凈電荷，影響粒子界面周圍區(qū)域的離子分布，導致接近表面抗衡離子（與粒子電荷相反的離子）濃度增加。于是，每個粒子周圍均存在雙電層。圍繞粒子的液體層存在兩部分：一是內(nèi)層區(qū)，稱為Stern 層，其中離子與粒子緊緊地結(jié)合在一起；另一個是外層分散區(qū)，其中離子不那么緊密的與粒子相吸附。在分散層內(nèi)，有一個抽象邊界，在邊界內(nèi)的離子和粒子形成穩(wěn)定實體。當粒子運動時（如由于重力），在此邊界內(nèi)的離子隨著粒子運動，但此邊界外的離子不隨著粒子運動。這個邊界稱為流體力學剪切層或滑動面（ slippingplane）

28、 。在這個邊界上存在的電位即稱為Zeta 電位 。Zeta電位的大小表示膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定性趨勢。膠體系統(tǒng)是：當物質(zhì)三相（氣體、液體和固體）之一，良好地分散在另一相而形成的體系。對這種技術(shù)，我們對兩種狀態(tài)感興趣：固體分散在液體中和液體分散在液體中即乳劑。如果懸浮液中所有粒子具有較大的正的或負的Zeta電位， 那么他們將傾向于互相排斥，沒有絮凝的傾向。但是如果粒子的Zeta電位值較低，則沒有力量阻止粒子接近并絮凝。穩(wěn)定與不穩(wěn)定懸浮液的通常分界線是：+30mV 或 -30mV 。 Zeta電位大于 +30mV 正電或小于-30mV 負電的粒子，通常認為是穩(wěn)定的。影響 Zeta電位的最重要因素是pH 。

29、 沒有引用 pH 值的 Zeta電位值， 本身實際上是沒有意義的數(shù)字。想象懸浮液中的一個粒子，具有負Zeta電位。如果在這個懸浮液中加入更強堿，那么粒子將傾向于得到更多負電荷。如果在這個懸浮液中加入酸，將達到某一點，負電荷被中和。進一步加入酸，則導致在表面產(chǎn)生正電荷。因此，Zeta電位對照 pH 的曲線，在低pH 時是正電的，而在高pH時較低正電或是負電的。曲線通過零Zeta電位的點，叫做等電點（ isoelectic point），在實際應用過程中是非常重要的。正常情況下它就是膠體系統(tǒng)最不穩(wěn)定的點。Zeta電位對照 pH 的典型圖示如下。電動學效應在粒子表面存在電荷的重要結(jié)果，是它們在所施加

30、的電場影響下呈現(xiàn)一定效應。這些效應被集體定義為電動效應。依賴于哪種運動的方式被誘導，有四種明顯的效應。他們是：電泳 ：在所施加的電場影響下，帶電粒子相對于其懸浮液體的運動。電滲：在所施加的電場影響下，液體相對于靜止的帶電表面的運動。泳動電位：當液體被迫流過靜止的帶電表面時所產(chǎn)生的電場。沉降電位：當帶電粒子相對于靜止液體運動時產(chǎn)生的電場。電泳當電場施加于電解質(zhì)時，懸浮在電解質(zhì)中的帶電粒子被吸引向相反電荷的電極。作用于粒子的粘性力傾向于對抗這種運動。當這兩種對抗力達到平衡時，粒子以恒定的速度運動。粒子的速度依賴于下述因素：電場或電壓梯度的強度。介質(zhì)的介電常數(shù)。介質(zhì)的粘度。Zeta電位。電場中粒子的

31、速度通常指的是電泳遷移率。已知這個速度時，通過應用Henry 方程，我們可以得到粒子的Zeta電位。亨利（ Henry ）方程 是：z : Zeta電位 .UE : 電泳遷移率: 介電常數(shù) : 粘度?（ Ka） : Henry 函數(shù)有兩個值通常用于f（ Ka）測定的近似，即1.5 或 1.0。通常在水性介質(zhì)和中等電解質(zhì)濃度下進行Zeta電位的電泳測定法。在這種情況下f（Ka）是 1.5，即Smoluchowski近似 。 因此，對適合 Smoluchowski 模型的 系統(tǒng)，即大于0.2微米的粒子分散在含大于 10-3摩爾鹽的電解質(zhì)溶液中，可由此中算法直接從遷移率計算Zeta電位。Smoluc

32、howski近似 用于彎曲式毛細管樣品池和通用插入式樣品池的水相樣品。對較低介電常數(shù)介質(zhì)中的小粒子，f（Ka）為 1.0，允許同樣的簡單計算。這通常指 Huckel 近似。非水相測量通常使用Huckel 近似。測量電泳遷移率我們直接測定的是電泳遷移率，并轉(zhuǎn)化為Zeta電位， Zeta電位是從理論考慮推導出來的。那么如何測量電泳遷移率呢？電泳體系的主要組成是帶電極的樣品池，在其兩端為電極并且都施加了電勢。粒子朝著相反電荷的電極運動，測量其速度并以單位場強表示，即其遷移率。在馬爾文 Zetasizer Nano 系列儀器中，用于測量這種速度的技術(shù)是激光多普勒測速法。激光多普勒測速法激光多普勒測速法

33、（ Laser Doppler Velocimetry）在工程應用中是非常成熟的技術(shù)，用于從噴氣式發(fā)動機中渦輪葉的超聲流動到樹液從植物莖干中升起的速度等很多方面的研究。在這兩種例子中，實際上以我們測量不斷運動的流體中微小粒子的速度。因此LDV 也適合于測量在電泳實驗中運動的帶電粒子速度。接收光學器件被設置用來傳遞樣品池中粒子的散射光。在17角度的散射光與參考光結(jié)合，產(chǎn)生光強的波動信息，其中波動速度與粒子的速度成正比。一個數(shù)字信號處理器用于提取散射光中的特征頻率。光學調(diào)制器系統(tǒng)的精巧部分包括用一個震蕩反光鏡調(diào)制其中一束激光。這得到Zeta 電位信號 的正負性。調(diào)制器另一個好處是，能使遷移率較低或

34、為零的粒子得到與高遷移率粒子一樣精確的信號。這種技術(shù)保證在數(shù)秒內(nèi)得到精確結(jié)果，可以觀察到數(shù)百萬個粒子。電滲效應毛細樣品池壁攜帶表面電荷，為了觀察到電泳運動所施加的電場，將會導致靠近池壁附近的液體進行電滲流動。膠體粒子將要經(jīng)受這種附加在電泳運動上的流動。但是在封閉系統(tǒng)中，沿管壁的流動必須被相反方向的，毛細樣品池中央的流動補償。在樣品池中存在一個點，此時電滲流動為零 兩種流體流動抵消。如果在這一點進行測量，所測量的粒子速度將是真實的電泳速度。這一點稱為穩(wěn)定層 ，是兩種激光束交叉的地方；因此，所測量的 Zeta電位排除了電滲所造成的誤差。避免電滲上面所述的穩(wěn)定層技術(shù)已運用多年。由于電滲效應，只能在樣

35、品池的特定點進行測量。如果可能完全排除電滲，則可能在樣品池中任一點進行測量、并取得真實遷移率?，F(xiàn)在使用 Zetasizer Nano 系列儀器，將激光多普勒測速法和相位分析光散射（PALS ）結(jié)合，即馬爾文 M3 - PALS 專利技術(shù)，使這變?yōu)榭赡堋嵤?M3 - PALS ，也能夠分析極低遷移率的樣品，并計算其遷移率分布。M3 - PALS 技術(shù)馬爾文已開發(fā)了M3 PALS 專利技術(shù) ， 在樣品池內(nèi)任一點進行測量，得到電泳遷移率。這是馬爾文改良的激光多普勒測速法M3 測量技術(shù)，與PALS （相位分析光散射）的結(jié)合的專利技術(shù)。M3技術(shù)如上面所討論的，傳統(tǒng)電泳測量是在穩(wěn)定層進行測量，而穩(wěn)定層是

36、接近樣品池壁的精確位置。雖然使用 Zetasizer Nano 是在樣品池中心進行測量的，但使用M3 測量，可在樣品池任何一點進行測量。M3 包括 慢速電場變換（SFR ）和快速電場變換（FFR ）測量，因此命名為“混合模式測量”。樣品池中測量位置M3 法在樣品池中心進行測量，而不是在穩(wěn)定層進行。原則上， M3 測量可在樣品池任何位置進行，但有許多理由選擇在樣品池中心進行。測量區(qū)遠離樣品池壁，因此降低了附近表面所產(chǎn)生的反射閃光的機會。樣品設置不是至關(guān)重要的?？梢杂嬎銟悠烦乇诘碾姾?。施加電場反轉(zhuǎn)所有使用 LDV （激光多普勒測速法）測量遷移率的系統(tǒng)，在測量過程中周期性地變換應用電場。這通常就是下

37、面提到的慢速電場變換。但是， M3 包括針對每個Zeta電位測量的兩種測量：一是，所施加的電場的慢速變換 即 SFR測量；二是所施加的電場的快速變換 即 FFR測量。慢速電場變換（ SFR）這種變換運用于降低電極的氧化，氧化在導電溶液中是不可避免的。電場通常每1秒變反轉(zhuǎn)一次，允許流體穩(wěn)定流動?？焖匐妶鲎儞Q（FFR ）如果電場更快速地變換，則可能在粒子達到最終速度時，由于電參導致的流體流動并不顯著。（下面這個圖中的剩余流動是放大的）。這表明，在這段時期內(nèi)所測量的遷移率，僅由粒子的電泳所引起，而不受電滲所影響。這種技術(shù)計算的平均 Zeta電位是非常準確的，因為樣品池的測量位置不是至關(guān)重要的。但是，

38、由于粒子速度是在短的時間內(nèi)測得的， 如此降低了分布信息的價值。這是 PALS 技術(shù)用于測定這部分測試中的粒子遷移率。M3 所述的內(nèi)容，M3 測量順序以下述方式進行M3 測量：在樣品池中進行快速電場變換測量。這測得到精確的平均值。進行 慢速電場變換測量。這得到更好的分辨率，但遷移率值由于電滲效應有所漂移。從 FFR 和 SFR測量計算平均 Zeta電位減去了電滲流動的影響。 此值用于糾正慢速電場變換的誤差。電滲值用于計算樣品池壁的Zeta電位。M3 的優(yōu)點使用 M3 ，簡化了全部Zeta電位測量。對操作者來說，不再需要為測量選擇系統(tǒng)參數(shù)，因為適當?shù)脑O置成為計算在M3 順序的一部分。隨著測量變量數(shù)減少，測量可重復性和準確性均得到改善。另外，測