Zeta電位儀測(cè)試簡(jiǎn)化過程

1、20館電位儀測(cè)試簡(jiǎn)化過程1、開啟儀器（儀器的開關(guān)在設(shè)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(dá)到25C的默認(rèn)溫度。因?yàn)楸緝x器為632.8激光光源，一般需穩(wěn) 定30分鐘點(diǎn)擊圖標(biāo)DTS孤皿，啟動(dòng)Zetasizer軟件點(diǎn)擊軟件中File - New - Measurement file,創(chuàng)建此次測(cè)試文 件，一經(jīng)創(chuàng)建，本次測(cè)試的結(jié)果均自動(dòng)保存在此文件中，無需另行保 存。制備樣品將制備的樣品注入樣品池，粒徑分布需1.0 ml1.5 ml, Zeta點(diǎn)位測(cè)量至少需要1.0 ml。將樣品池插入儀器中

2、，等待溫度平衡點(diǎn)擊Start （）,即進(jìn)行測(cè)量。使用光盤拷取數(shù)據(jù)。使用注意事項(xiàng)測(cè)量粒徑分布.測(cè)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(diǎn)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(huì)影響光路。. 一定要去除樣品池內(nèi)的氣泡.實(shí)驗(yàn)室提供的樣品池為聚苯乙烯材質(zhì)，不可用于測(cè)量有機(jī)分散體系.實(shí)驗(yàn)室提供的樣品池，測(cè)量溫度不可高于50攝氏度.如需測(cè)量有機(jī)分散體系或高于50攝氏度，請(qǐng)自帶石英比色皿.使用濾紙過濾時(shí)，舍去過濾后的第一滴樣品，以防濾紙上雜質(zhì)進(jìn)入樣品池 測(cè)量時(shí)需自帶：卷紙、多個(gè)注射器

3、、多個(gè)離心管（用于稀釋樣品）Zeta電位測(cè)量1、測(cè)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(diǎn)拭樣品池外側(cè)水滴，尤其是兩個(gè)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(shí)驗(yàn)室提供的樣品池為聚苯乙烯材質(zhì)，不可用于測(cè)量有機(jī)分散體系6、實(shí)驗(yàn)室提供的樣品池測(cè)量溫度不可高于70度7、使用濾紙過濾時(shí)，舍去過濾后的第一滴樣品，以防濾紙上雜質(zhì)進(jìn)入樣品池測(cè)量時(shí)需自帶：卷紙、多個(gè)注射器（5ml）、多個(gè)離心管（用于稀釋樣品）制備樣品一粒徑樣品濃度每個(gè)類型的樣品材料，有最佳的樣

4、品濃度測(cè)量范圍。如果樣品濃度太低，可能會(huì)沒有足夠的散射光進(jìn)行測(cè)量。除極端情況外，對(duì)該儀器來說一般不會(huì)發(fā)生如果樣品太濃，那么一個(gè)粒子散射光也會(huì)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，粒徑最小濃度（推薦）濃度的上限也要考慮到：在某一濃度以上，粒徑最小濃度（推薦）10nm0.5g/l10nm to 100nm0.1mg/l100nm t0 1Pm0.01g/l（10-3%質(zhì)量）1Pm0.1g/l（10-2%質(zhì)量）小粒子需要考慮的事項(xiàng)由于粒子間相互作用，粒子不再進(jìn)行自由擴(kuò)散。最大濃度（推薦）僅由樣品材料相互作用、聚集、膠凝作用等限制5%質(zhì)量（假定密度1g分佻）1%質(zhì)量

5、（假定密度1g/cm3）1%質(zhì)量（假定密度1g/cm3）最小濃度對(duì)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(qiáng)。實(shí)用的角度，這種濃度應(yīng)生成最 低光強(qiáng)為10，000cp/s（10 kcps），這樣才能超過分散劑的散射。作為一個(gè)指導(dǎo)，水的散射光強(qiáng)應(yīng)超過 10kcp的，甲苯的應(yīng)超過100kcps。最大濃度對(duì)小粒徑的樣品，最大濃度實(shí)際上不存在（以進(jìn)行動(dòng)態(tài)光散射（DLS）測(cè)量的術(shù)語來說）。但實(shí)際，樣品的性質(zhì)本身會(huì)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(jìn)行測(cè)量（這對(duì)所有基于動(dòng)態(tài)光散射原理儀器都是事實(shí)）粒子相互作用：如果粒子之間存在相互作用，那么

6、粒子的擴(kuò)散常數(shù)通常會(huì)改變，導(dǎo)致不正確的結(jié)果。 應(yīng)選擇某一濃度避免粒子相互作用。大顆粒需要考慮的事項(xiàng)最小濃度即使對(duì)大顆粒，知道最小濃度仍然是得到有效散射光強(qiáng)的保障，雖然我們還必須考慮“Number fluctuation” （數(shù)量一波動(dòng)：粒子濃度太低導(dǎo)致在光路中的粒子數(shù)量隨時(shí)間較大波動(dòng)）的附加效應(yīng)。例如，如果在低濃度（比如說0.001 g/l（10.%）下測(cè)量一個(gè)大顆粒（比如說500nm）樣品，生 成的散射光大于進(jìn)行測(cè)量的所需量。但是，散射體積中粒子數(shù)太?。ㄐ∮?0），在散射體積中會(huì)發(fā)生嚴(yán) 重的粒子數(shù)量隨時(shí)間波動(dòng)。這些波動(dòng)與所用計(jì)算方法中假設(shè)的類型不符，通常會(huì)被錯(cuò)誤詮釋為樣品中的 大顆粒。必須避

7、免此類波動(dòng)，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(yīng)存在500個(gè)粒子，但推薦 最小量為1000個(gè)粒子。參見下圖：對(duì)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。最大濃度較大顆粒的樣品濃度上限，由其引起多重散射的趨勢(shì)決定。雖然Zetasizer對(duì)多重散射不是十分敏感，但隨 著濃度增加，多重散射效應(yīng)越來越占優(yōu)勢(shì)，在達(dá)到某一濃度時(shí)，生成過多的多重散射，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。 當(dāng)然，如此高的濃度不應(yīng)用于精確測(cè)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(jìn)行測(cè)量。可以假定樣品中 的灰塵污染對(duì)高濃度和低濃

8、度是相同的，因此樣品濃度增加，從樣品得到的散射光強(qiáng)相對(duì)灰塵散射光強(qiáng)有 所增加。過濾用于稀釋樣品（分散劑和溶劑）的所有液體，應(yīng)于使用前過濾，避免污染樣品。過濾器的粒徑應(yīng)由樣品 的估算粒徑?jīng)Q定。如果樣品是10nm，那么50nm灰塵將是分散劑中的重要污染物。水相分散劑可被0.2m 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(shí)，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(yùn)用超聲波可使用超聲處理除去氣泡或破壞聚集物一但是，必須謹(jǐn)慎應(yīng)用，以便避免損壞樣品中的原有粒子。使 用超聲的強(qiáng)度和施

9、加時(shí)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(jìn)行分散的一個(gè)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(yīng)用的功率和超聲處理時(shí)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)體不得采用超聲處理。制備樣品一Zeta電位Zetasizer Nano中用于Zeta電位測(cè)量的光學(xué)設(shè)置在第15章中討論。使用一束激光作為光源，激光被一個(gè)分光 鏡分為一束入射光和一束參考光。參考光的光強(qiáng)在出廠時(shí)設(shè)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(cè)。因此總的來說對(duì)于Zeta電位測(cè)量的樣品應(yīng)該光學(xué)透明。最高 和最低樣品濃度可依賴于以下因素： 粒

10、子的光學(xué)性質(zhì) 粒子粒徑 粒子的分散度在Zeta電位測(cè)量過程中，首先測(cè)量參考光的強(qiáng)度，并且顯示在Log sheet中。隨后檢測(cè)散射光強(qiáng)度，并由 衰減器調(diào)節(jié)散射光的強(qiáng)度至參考光源的1/10。舉個(gè)例子說，如果參考光源的光強(qiáng)是2600kcps,衰減器將會(huì) 調(diào)節(jié)散射光強(qiáng)不高于260kcps.如第5章所述，儀器中的衰減器有11個(gè)位置，覆蓋從100%至0.0003%透射率在Zeta電位測(cè)試過程中的最小光強(qiáng)為20kcps，低于此光強(qiáng)測(cè)試將中止。Zeta電位測(cè)試中的最低濃度在Zeta電位測(cè)試過程中所需的最小光強(qiáng)為20kcps。因此最低濃度取決于相對(duì)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

11、越大所產(chǎn)生的散射光越強(qiáng)，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(qiáng)的散射能力。因 此對(duì)于300nm的氧化鈦粒子，最小濃度可以為10-6w/v %。對(duì)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(huì)高很多。通常最低濃度需要在0.11w/v %之 間才能有足夠的散射光強(qiáng)進(jìn)行Zeta電位測(cè)量。最終，對(duì)于特定樣品進(jìn)行一個(gè)成功的Zeta電位測(cè)量的最低濃度，應(yīng)該由試驗(yàn)實(shí)際測(cè)量得到。Zeta電位測(cè)試中的最高濃度對(duì)于在本儀器的Zeta電位測(cè)量的最高濃度沒有一個(gè)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(xué)性質(zhì)，都應(yīng)考慮。

12、Zeta電位測(cè)量過程中的散射光在向前的角度收集，因此激光應(yīng)該能夠穿過樣品。如果樣品的濃度過高，則 激光將會(huì)由于樣品的散射衰減很多，相應(yīng)的降低檢測(cè)到的散射光光強(qiáng)。為了補(bǔ)償此影響，衰減器會(huì)讓更過 的激光通過。最終，樣品的濃度范圍必須由測(cè)定不同濃度下的Zeta電位的試驗(yàn)決定，由此來得到濃度對(duì)Zeta電位的影響。 多數(shù)樣品要求稀釋，這個(gè)步驟在確定最終測(cè)量值中是至關(guān)重要的。對(duì)有意義的測(cè)量，稀釋介質(zhì)也是非常 重要的。所給出的測(cè)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?yàn)樗鼪Q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

13、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?xì)浠衔镱?、高?jí)醇類。水相/極性系統(tǒng)制備樣品的目標(biāo)，是在稀釋過程中，保留表面的現(xiàn)存狀態(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

14、度非極性系統(tǒng)在絕緣介質(zhì)如正己烷、異鏈烷烴中，測(cè)量樣品是極為不易。它要求使用universal dip cell （通用插入 式樣品池）。因?yàn)榇藰悠烦剌^好的化學(xué)兼容性以及電極間的狹窄空間，這對(duì)于不使用高電壓時(shí)，生成較 高磁場(chǎng)強(qiáng)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(cè)量的實(shí)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(shí)間依賴性，平衡時(shí)間可超過24小時(shí)。彎曲式毛細(xì)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

15、去所有氣泡。如果在樣品池端口下形成一個(gè)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(gè)樣品端口冒出，插入塞子。移去注射器，插入第二個(gè)塞子。在樣品池的透明毛細(xì)區(qū)域，不應(yīng)看到任何氣泡。必要時(shí)，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(jìn)行測(cè)量之前，必須配置塞子。粒徑測(cè)量原理什么是動(dòng)態(tài)光散射？Zetasizer Nano系列使用稱為動(dòng)態(tài)光散射（DLS）的過程進(jìn)行粒徑測(cè)量。散射光波動(dòng)動(dòng)態(tài)光散射（也稱為PCS 一光子相關(guān)光譜）測(cè)量布朗運(yùn)動(dòng)，并將此運(yùn)動(dòng)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(qiáng)波動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。散射光

16、波動(dòng)如果小粒子被光源如激光照射，粒子將在各個(gè)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(gè)粒子代替單個(gè)粒子。屏幕將出現(xiàn)如下所示的散射光斑。散射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(cè)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(dòng)。光的明亮區(qū)域是：粒子散射光以同一相位到達(dá)屏幕，相互疊加相干形成亮斑。黑暗區(qū)域是：不同相位達(dá)到屏幕互相消減。在上例中，我們說粒子是不運(yùn)動(dòng)的。在這種情況下，散射光斑也將是靜止的一即散射光斑位置和散射光斑大小都是不變的。實(shí)際上，懸浮于液體中的粒子從來不是靜止的。由于布朗運(yùn)動(dòng)，粒子不停地運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)是由于與環(huán) 繞粒子的分子隨機(jī)

17、碰撞引起的粒子運(yùn)動(dòng)。對(duì)DLS來說，布朗運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是：小粒子運(yùn)動(dòng)快速，大 顆粒運(yùn)動(dòng)緩慢。在Stokes - Einstein方程中，定義了粒徑與其布朗運(yùn)動(dòng)所致速度之間的關(guān)系。由于粒子在不停地運(yùn)動(dòng)，散射光斑也將出現(xiàn)移動(dòng)。由于粒子四處運(yùn)動(dòng)，散射光的建設(shè)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(qiáng)方式增加和減少一或以另一種方式表達(dá)，光強(qiáng)似乎是波動(dòng)的。 Zetasizer Nano測(cè)量了光強(qiáng)波動(dòng)的速度，然后用于計(jì)算粒徑。詮釋散射光波動(dòng)數(shù)據(jù)我們知道，Zetasizer測(cè)量散射光的光強(qiáng)波動(dòng)，并用于計(jì)算樣品中粒徑一但它如何進(jìn)行工作的呢？在儀器中有一個(gè)部件叫數(shù)字相關(guān)器。在一段時(shí)間，一個(gè)相關(guān)器基本

18、上測(cè)量了兩個(gè)信號(hào)之間的相似程度。如果我們將在某一時(shí)間點(diǎn)（比如說時(shí)間=t）將散射光斑特定部分的光強(qiáng)信號(hào)，與極短時(shí)間后（t+st） 的光強(qiáng)信號(hào)相比較，我們將發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)信號(hào)是非常相似的一或是強(qiáng)烈相關(guān)的。然后，如果我們比較時(shí)間 稍提前一點(diǎn)（t+2St）的原始信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)之間仍然存在相對(duì)良好的比較，但它也許不如t+St時(shí)良 好。因此，這種相關(guān)性是隨時(shí)間減少的?，F(xiàn)在考慮在“t”時(shí)的光強(qiáng)信號(hào)與隨后更多時(shí)間的光強(qiáng)信號(hào)一兩個(gè)信號(hào)將互相沒有關(guān)系，因?yàn)榱Ｗ邮窃?任意方向運(yùn)動(dòng)的（由于布朗運(yùn)動(dòng)）。在這種情況下，可以說這兩個(gè)信號(hào)沒有任何相關(guān)。使用DLS,我們可處理非常短的時(shí)間標(biāo)度。在典型的散射光斑模式中，使相關(guān)關(guān)系降

19、至0的時(shí)間長(zhǎng)度，處 于110毫秒級(jí)。“稍后短時(shí)（St）將在納秒或微秒級(jí)。如果我們將“t”時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度與它本身比較，那么我們得到完美的相關(guān)關(guān)系，因?yàn)樾盘?hào)是同一個(gè)。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(cè)量在（t+3 S t） , （t+4 S t） , （t+5 S t） , （t+6 S t）時(shí)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(duì)照時(shí)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?cè)缦忍岬?，正在做布朗運(yùn)動(dòng)的粒子速度，與粒徑（粒子大?。┫嚓P(guān) （Stokes - Einstein方程）。大顆粒運(yùn)動(dòng)緩慢，小粒子運(yùn)動(dòng)快速。這對(duì)散射光斑有

20、什么效應(yīng)？如果測(cè)量大顆粒，那么由于它們運(yùn)動(dòng)緩慢，散射光斑的強(qiáng)度也將緩慢波動(dòng)。類似地，如果測(cè)量小粒子，那么由于它們運(yùn)動(dòng)快速，散射光斑的密度也將快速波動(dòng)。下圖顯示了大顆粒和小粒子的相關(guān)關(guān)系函數(shù)?？梢钥吹?，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(cè)量相關(guān)函數(shù)后，可以使用這個(gè)信息計(jì)算粒徑分布。Zetasizer軟件使用算法，提取針對(duì)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，而丫軸顯示散射光的相對(duì)強(qiáng)度。因此，這稱為光強(qiáng)度分布。雖然由DLS生成的基礎(chǔ)粒徑分布是光強(qiáng)度分布，但使用米氏理論，可將其轉(zhuǎn)化為體積分布（volume di

21、stribution）。也可進(jìn)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(yùn)用有限，因?yàn)橄嚓P(guān)方程采集數(shù)據(jù)中的小錯(cuò)誤將導(dǎo)致數(shù)量分布的巨大誤差。光強(qiáng)、Volume （體積）和Number （數(shù)量）分布Intensity （）光強(qiáng)、體積和數(shù)量分布之間有什么差別？說明光強(qiáng)、體積和數(shù)量分布之間差異的簡(jiǎn)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(gè)圖顯示了數(shù)量分布結(jié)果?？梢灶A(yù)期有兩個(gè)同樣粒徑（1:1）的峰，因?yàn)橛邢嗟葦?shù)量的粒子。第二個(gè)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

22、倍。這是因?yàn)椋?0nm 粒子的體積比5nm粒子的體積（球體的體積等于4/3n（r） 3）大1000倍。第三個(gè)圖顯示光強(qiáng)度分布的結(jié)果。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?yàn)榇箢w粒比小粒子散射更多的光（粒子散射光強(qiáng)與其直徑的6次方成正比一（得自瑞利近似）。需要再說明的是，從DLS測(cè)量得到的基本分布是光強(qiáng)分布一所有其它分布均由此生成。Zetasizer Nano操作一粒徑測(cè)量典型的DLS系統(tǒng)由6個(gè)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(gè)檢測(cè)

23、器用于測(cè)量散射光的強(qiáng)度。由于粒 子向所有方向散射光，將檢測(cè)器置于任何位置都是（理論上）可能的，都可以監(jiān)測(cè)到散射。對(duì)于Zetasizer Nano系列，依賴于儀器的型號(hào)，檢測(cè)器位置將置于173或90。散射光強(qiáng)必須在檢測(cè)器的特定范圍，以便成功進(jìn)行測(cè)量。如果監(jiān)測(cè)到太多的光，那么檢測(cè)器可能會(huì)過載。為克服這個(gè)問題，使用一個(gè)“衰減器，降低激光強(qiáng)并因此降低散射光的光強(qiáng)。對(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)的。在測(cè)量過程中，2012512

24、0自動(dòng)確定衰減器的適當(dāng)位置。將檢測(cè)器的散射光強(qiáng)信號(hào)傳遞至數(shù)字信號(hào)處理板，此板稱為相關(guān)器。相關(guān)器在連續(xù)時(shí)間間隔內(nèi)比較散射光強(qiáng)，得到光強(qiáng)變化的速率。然后將相關(guān)器信息傳遞至計(jì)算機(jī)，此處Zetasizer軟件將分析數(shù)據(jù)并得到粒徑信息。1 ZJJ Zetasizer Nano S和ZS可測(cè)量接近180的散射信息。這稱為背散射檢測(cè)。背散射檢測(cè)運(yùn)用了稱為NIBS （非侵入背散射）的專利技術(shù)。為什么測(cè)量背散射？測(cè)量背散射有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)闇y(cè)量背側(cè)散身，入射光束沒有必要穿過整個(gè)樣品。因?yàn)楣庵恍璐┻^樣品的較短路徑長(zhǎng)度，因此可以測(cè)量較高濃度的樣品。這降低了稱為多重散射的效應(yīng)；在多重散射中，來自一個(gè)粒子的散射光本身是其

25、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大。大顆粒主要在前進(jìn)方向散射。因此，通過測(cè) 量背散射，可大大降低灰塵效應(yīng)。多重散射效應(yīng)在180o最小一同樣，這允許測(cè)量較高濃度樣品?？梢苿?dòng)透鏡在Zetasizer Nano系統(tǒng)內(nèi)，可移動(dòng)透鏡允許改變樣品池內(nèi)的聚焦位置。這允許測(cè)量更大范圍的樣品濃度。對(duì)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?yàn)榧す獯悠烦乇诓⑦M(jìn)入分散劑，樣品池壁會(huì)引起“閃光”。這種閃光可能覆蓋散射信號(hào)。將測(cè)量點(diǎn)移離樣品池壁，移向樣品池中心，將消除這些效應(yīng)。大顆粒或較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(cè)量，將降低多重散射效應(yīng)。在這種情況中，

26、樣品池壁的閃光將具有較少影響。與散射信號(hào)比較，任何閃光強(qiáng)度都會(huì)按比例降低。測(cè)量位置由Zetasizer軟件自動(dòng)確定。90檢測(cè)光學(xué)構(gòu)造一經(jīng)典裝置Zetasizer Nano儀器范圍中已包括90型號(hào)即Zetasizer Nano S90和ZS90，提供與其它有90檢測(cè)光學(xué)構(gòu) 造的系統(tǒng)的連續(xù)性。這些模型不使用可移動(dòng)測(cè)量裝置，但使用“經(jīng)典的”固定為90的監(jiān)測(cè)設(shè)置，即檢測(cè)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(hào)的可檢測(cè)粒徑范圍。對(duì)測(cè)量范圍，請(qǐng)參見附錄A中的規(guī)格表。Zeta電位測(cè)量原理Zetasizer Nano系列通過測(cè)量電泳遷移率并運(yùn)用Henry方程計(jì)算Zeta電位。通過使用激光多普

27、勒測(cè)速法 （LDV）對(duì)樣品進(jìn)行電泳遷移率實(shí)驗(yàn)，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(dǎo)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(gè)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(gè) 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(gè)抽象邊界，在邊界內(nèi)的離子和 粒子形成穩(wěn)定實(shí)體。當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)（如由于重力），在此邊界內(nèi)的離子隨著粒子運(yùn)動(dòng)，但此邊界外的離 子不隨著粒子運(yùn)動(dòng)。這個(gè)邊界稱為流體力學(xué)剪切層或滑動(dòng)面（sl

28、ipping plane）。在這個(gè)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(shì)。膠體系統(tǒng)是：當(dāng)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(duì)這種技術(shù)，我們對(duì)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(fù)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(fù)電的粒子，通常認(rèn)為是穩(wěn)定的。影響Zeta電位的最重要因素

29、是pH。沒有引用pH值的Zeta電位值，本身實(shí)際上是沒有意義的數(shù)字。想象懸浮液中的一個(gè)粒子，具有負(fù)Zeta電位。如果在這個(gè)懸浮液中加入更強(qiáng)堿，那么粒子將傾向于得到更 多負(fù)電荷。如果在這個(gè)懸浮液中加入酸，將達(dá)到某一點(diǎn)，負(fù)電荷被中和。進(jìn)一步加入酸，則導(dǎo)致在表面產(chǎn) 生正電荷。因此，Zeta電位對(duì)照pH的曲線，在低pH時(shí)是正電的，而在高pH時(shí)較低正電或是負(fù)電的。 曲線通過零Zeta電位的點(diǎn)，叫做等電點(diǎn)(isoelectic point),在實(shí)際應(yīng)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(diǎn)。Zeta電位對(duì)照pH的典型圖示如下。電動(dòng)學(xué)效應(yīng)在粒子表面存在電荷的重要結(jié)果，是它們?cè)谒┘拥碾妶?chǎng)

30、影響下呈現(xiàn)一定效應(yīng)。這些效應(yīng)被集體定義為電動(dòng)效應(yīng)。依賴于哪種運(yùn)動(dòng)的方式被誘導(dǎo)，有四種明顯的效應(yīng)。他們是：電泳：在所施加的電場(chǎng)影響下，帶電粒子相對(duì)于其懸浮液體的運(yùn)動(dòng)。電滲：在所施加的電場(chǎng)影響下，液體相對(duì)于靜止的帶電表面的運(yùn)動(dòng)。泳動(dòng)電位：當(dāng)液體被迫流過靜止的帶電表面時(shí)所產(chǎn)生的電場(chǎng)。沉降電位：當(dāng)帶電粒子相對(duì)于靜止液體運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)。電泳當(dāng)電場(chǎng)施加于電解質(zhì)時(shí)，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(duì)抗這種運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這兩種對(duì)抗力達(dá)到平衡時(shí)，粒子以恒定的速度運(yùn)動(dòng)。粒子的速度依賴于下述因素：電場(chǎng)或電壓梯度的強(qiáng)度。介質(zhì)的介電常數(shù)。介質(zhì)的粘度。Zeta電位。電場(chǎng)中粒子的速度通

31、常指的是電泳遷移率。已知這個(gè)速度時(shí)，通過應(yīng)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)n ：粘度? (Ka) : Henry函數(shù)有兩個(gè)值通常用于f (Ka)測(cè)定的近似，即1.5或1.0。通在水性介質(zhì)和中等電解質(zhì)濃度下進(jìn)行Zeta電位的電泳測(cè)定法。在這種情況下f(Ka)是1.5,即 Smoluchowski近似。因此，對(duì)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(jì)算Zeta電位。Smoluchowski近似用于彎曲式毛細(xì)管樣品

32、池和通用插入式樣品池的水相樣品。對(duì)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(jiǎn)單計(jì)算。這通常指Huckel近似。非水相 測(cè)量通常使用Huckel近似。測(cè)量電泳遷移率我們直接測(cè)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(dǎo)出來的。那么如何測(cè)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(shì)。粒子朝著相反電荷的電極運(yùn) 動(dòng)，測(cè)量其速度并以單位場(chǎng)強(qiáng)表示，即其遷移率。在馬爾文Zetasizer Nano系列儀器中，用于測(cè)量這種速度的技術(shù)是激光多普勒測(cè)速法。激光多普勒測(cè)速法激光多普勒測(cè)速法(Laser Doppler Velocime

33、try)在工程應(yīng)用中是非常成熟的技術(shù)，用于從噴氣式發(fā)動(dòng) 機(jī)中渦輪葉的超聲流動(dòng)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(shí)際上以我們測(cè)量不斷運(yùn)動(dòng)的流體中微小粒子的速度。因此LDV也適合于測(cè)量在電泳實(shí) 驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子速度。接收光學(xué)器件被設(shè)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(qiáng)的波動(dòng)信息，其中波動(dòng)速度與粒子的速度成正比。一個(gè)數(shù) 字信號(hào)處理器用于提取散射光中的特征頻率。光學(xué)調(diào)制器系統(tǒng)的精巧部分包括用一個(gè)震蕩反光鏡調(diào)制其中一束激光。這得到Zeta電位信號(hào)的正負(fù)性。調(diào)制器另一個(gè)好處是，能使遷移率較低或?yàn)榱愕牧Ｗ拥玫脚c高遷移率粒子一樣精確的信號(hào)。這種

34、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(gè)粒子。電滲效應(yīng)毛細(xì)樣品池壁攜帶表面電荷，為了觀察到電泳運(yùn)動(dòng)所施加的電場(chǎng)，將會(huì)導(dǎo)致靠近池壁附近的液體進(jìn)行電滲 流動(dòng)。膠體粒子將要經(jīng)受這種附加在電泳運(yùn)動(dòng)上的流動(dòng)。但是在封閉系統(tǒng)中，沿管壁的流動(dòng)必須被相反方 向的，毛細(xì)樣品池中央的流動(dòng)補(bǔ)償。在樣品池中存在一個(gè)點(diǎn)，此時(shí)電滲流動(dòng)為零一兩種流體流動(dòng)抵消。如果在這一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)量的粒 子速度將是真實(shí)的電泳速度。這一點(diǎn)稱為穩(wěn)定層，是兩種激光束交叉的地方；因此，所測(cè)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(yùn)用多年。由于電滲效應(yīng)，只能在樣品池的特定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。如果可能完全排除電滲，

35、則可能在樣品池中任一點(diǎn)進(jìn) 行測(cè)量、并取得真實(shí)遷移率?，F(xiàn)在使用Zetasizer Nano系列儀器，將激光多普勒測(cè)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?。?shí)施M3 - PALS，也能夠分析極低遷移率的樣品，并計(jì)算其遷移率分布。M3 - PALS 技術(shù)馬爾文已開發(fā)YM3pals專利技術(shù)，在樣品池內(nèi)任一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得到電泳遷移率。這是馬爾文改良的激 光多普勒測(cè)速法一M3測(cè)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(cè)量是在穩(wěn)定層進(jìn)行測(cè)量，而穩(wěn)定層是接近樣品池壁的精確位置。雖然使用Zetasizer Nano是

36、在樣品池中心進(jìn)行測(cè)量的，但使用M3測(cè)量，可在樣品池任何一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。M3包括慢速電場(chǎng)變換（SFR）和快速電場(chǎng)變換（FFR）測(cè)量，因此命名為“混合模式測(cè)量”。樣品池中測(cè)量位置M3法在樣品池中心進(jìn)行測(cè)量，而不是在穩(wěn)定層進(jìn)行。原則上，M3測(cè)量可在樣品池任何位置進(jìn)行，但有許 多理由選擇在樣品池中心進(jìn)行。測(cè)量區(qū)遠(yuǎn)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(jī)會(huì)。樣品設(shè)置不是至關(guān)重要的?？梢杂?jì)算樣品池壁的電荷。施加電場(chǎng)反轉(zhuǎn)所有使用LDV （激光多普勒測(cè)速法）測(cè)量遷移率的系統(tǒng)，在測(cè)量過程中周期性地變換應(yīng)用電場(chǎng)。這通常就 是下面提到的慢速電場(chǎng)變換。但是，M3包括針對(duì)每個(gè)Zeta電位測(cè)量的兩種測(cè)量：一是，所

37、施加的電場(chǎng)的慢速變換一即SFR測(cè)量；二是 所施加的電場(chǎng)的快速變換一即FFR測(cè)量。慢速電場(chǎng)變換（SFR）這種變換運(yùn)用于降低電極的氧化，氧化在導(dǎo)電溶液中是不可避免的。電場(chǎng)通常每1秒變反轉(zhuǎn)一次，允許流 體穩(wěn)定流動(dòng)。快速電場(chǎng)變換（FFR）如果電場(chǎng)更快速地變換，則可能在粒子達(dá)到最終速度時(shí)，由于電參導(dǎo)致的流體流動(dòng)并不顯著。（下面這個(gè)圖中的剩余流動(dòng)是放大的）。這表明，在這段時(shí)期內(nèi)所測(cè)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(jì)算的平均Zeta電位是非常準(zhǔn)確的，因?yàn)闃悠烦氐臏y(cè)量位置不是至關(guān)重要的。但是，由于粒子速度是在短的時(shí)間內(nèi)測(cè)得的，如此降低了分布信息的價(jià)值。這是M3所述的內(nèi)容，PALS技術(shù) 用于測(cè)定這部分測(cè)試中的粒子遷移率。M3測(cè)量順序以下述方式進(jìn)行M3測(cè)量：在樣品池中進(jìn)行快速電場(chǎng)變換測(cè)量。這測(cè)得到精確的平均值。進(jìn)行慢速電場(chǎng)變換測(cè)量。這得到更好的分辨率，但遷移率值由于電滲效應(yīng)有所漂移。從FFR和SFR測(cè)量計(jì)算平均Zeta電位減去了電滲流動(dòng)的影響。此值用于糾正慢速電場(chǎng)變換的誤差。電滲值用于計(jì)算樣品池壁的Zeta電位。M3的優(yōu)點(diǎn)使用M3,簡(jiǎn)化了全部Zeta電位測(cè)量。對(duì)操作者來說，不再需要為測(cè)量選擇系統(tǒng)參數(shù)，因?yàn)檫m當(dāng)?shù)脑O(shè)置成為 計(jì)算在M3順序的一部分。隨著測(cè)量變量數(shù)減少，測(cè)量可重復(fù)性和準(zhǔn)確性均得到