一种用于测量Zeta电位的电泳光散射（ELS）基本介绍 – 问答

纳米气泡的尺寸范围应该使用Zetasizer Nano进行动态光散射（DLS）测量以获得尺寸，并使用电泳光散射获得Zeta电位测量。但是，我参与的一些纳米气泡样品中包含非常低浓度的纳米气泡，因此我必须警告，使用Zetasizer Nano仪器系列进行纳米气泡测量的结果将依赖于浓度。

我们成功地使用Malvern的NanoSight仪器系列进行了测量。NanoSight仪器在纳米气泡研究出版物中具有显著特征。我附上了一份白皮书，讨论了使用NanoSight仪器对纳米气泡的测量。

此外，另一种技术通过Malvern Panalytical的Archimedes, 提供了纳米气泡研究人员以前无法获得的信息：在溶液中的气泡与样品中可能存在的污染物之间的明确区分。因此，该谐振质量测量（RMM）能够提供纳米气泡样品浓度和纯度的清晰、可再现的分析。

Zeta电位测量可以在任何颗粒大小从4-5nm到50微米的乳液或分散液上进行。然而，如果颗粒尺寸较大，比如50微米且像硅石一样密集，那么它们将沉降。因此，这种类型的样品将无法提供好的数据。Zeta电位不是尺寸的函数，所以我建议让颗粒沉降，然后从溶液的上部清液中取样。现在样品将包含来自样品的细颗粒，此次测量将产生良好的结果。较细物料的表面化学与较大沉降物料的是相同的，因此zeta电位也将相同。

我还附上一份Zetasizer手册，其中包含一些关于该仪器的规格。

我对这个问题的回答可能有点令人惊讶，但我们的世界是极性的，尽管我们尽了最大的努力，还是会有意想不到的离子相互作用出现。即使是氢键机制也是离子相互作用的一个来源。因此，我相信，如果您对样品进行Zeta电位测量，结果将表明样品带有电荷，并具有一定的可测量Zeta电位。事实上，真正无离子的化学成分是极少的，如果有的话。您绝对可以对此类样品进行测量，看看结果如何符合您对表面化学的解释将会很有趣。

­ Zeta电位不是尺寸的函数。Zeta电位指示材料表面或界面与所分散溶液中的化学反应，因此，多分散的大小不会影响zeta电位。然而，如果你考虑一种像粘土这样的材料，它是一个平板状的表面；边缘带负电，粘土表面的平面通常带正电。在这种情况下，板在电场中的排列将决定所获得的电荷。在这种情况下，典型的粘土板相互堆叠，边缘对齐并朝向相反电极移动，因此通常粘土材料被测量为带负电的。因此，在这种测量中，边缘是主要的电荷组。类似地，如果有电荷组位于下方或存在于多孔表面，它们通常不会作为zeta电位结果的因素考虑。

Zeta电位直接测量电荷稳定性。然而，通过结合动态光散射（DLS）和zeta电位，您可以推断是否具有空间稳定性。通常，您将进行一组zeta电位和尺寸测量与空间稳定分子的浓度对比。我附加了一份来自发表论文的应用说明，展示了如何将zeta电位和DLS结合使用以识别空间稳定性的详细研究。

此外，我在演讲中给出的一个例子显示了zeta电位与聚电解质浓度以及DLS尺寸与聚电解质浓度的对比。我从一个带负电的油乳液开始，并吸附了一个带正电荷的聚电解质。在这种情况下，我建立了空间和电稳定性，因此我从一个带负电的乳液开始，并将乳液的电荷逆转为阳离子。在我仅使用非离子表面活性分子的情况下，仅建构纯粹的空间稳定性，zeta电位将开始为负值，并最终趋于中性zeta电位，接近零zeta电位。

这要看你研究金属NP在真空、气体/空气还是液体/水/溶剂中的组装。如果你的NP在水中或溶剂中，那么zeta电位测量将非常有帮助，表面电位测量也可能有帮助。你可以研究NP和金属颗粒的zeta电位以确定它们的电荷。如果这两种不同的材料带有相反的电荷，那么它们将相互吸引。对于组装的NP可能还有一个最佳电荷。如果这些颗粒电荷过高，它们不想均匀结合和组装。即使你在空气中研究组装NP，将它们分散在水中并测量zeta电位可能仍然为你提供一些有用的通用信息。然而，在这种情况下，你不会完全复制样品的相同条件，因此我会认为这是一个有趣的实验，而不一定是你研究中的绝对要求。

沉降电位是由沉降的胶体颗粒产生的电场。当带电的颗粒通过重力或离心力移动时，将产生电势。当颗粒移动时，电双层中的离子会滞后于液体流动，形成一个净偶极矩。颗粒上所有偶极的总和导致沉降电位的形成。同样，沉降电位是由颗粒通过液体或气体移动造成的，并且我们测量所发生的电场。与电泳相反，电泳是施加电场，颗粒移动，我们测量通过液体流动的颗粒的速度。

这种现象最早由多恩在1879年发现。他观察到在水中悬浮的玻璃珠中产生了一个垂直的电场，因为珠子在沉淀。这是沉降电位的起源，通常被称为多恩效应。

如果你真的对构建沉降电位装置感兴趣，我建议你阅读下面的文章，它可以在Langmuir的第一卷中找到。《水性电解质中的沉降电位》。

维基百科显示了一个沉降设备的示意图，不知道谁画的这个示意图，但它看起来非常类似于布鲁斯·马洛在1980年代初设计的。

Z-avg尺寸不是zeta电位测量，是通过动态光散射（DLS）强度测量获得的尺寸测量。我还附加了一份技术说明，解释了DLS和说明Zavg的注释。在zeta电位测量中，我们测量电泳迁移率，即颗粒速度/电场强度。从电泳迁移率，我们计算一个zeta电位。需要记住的是，zeta电位是一个颗粒在特定介质中获得的整体电荷。它取决于表面和分散剂的化学成分。这就是为什么溶液中pH值或离子浓度的微小变化会导致zeta电位的剧烈变化。对于静电稳定的分散液，zeta电位的值越高，分散液越可能稳定。我不能强调整部够这些点很重要，我希望这有助于解释，Zavg是颗粒物理尺寸的特征。zeta电位是颗粒表面化学或界面的特征。

您还可能对关于盐中的zeta电位的帖子感兴趣。较低稳定性接近于等电点IEP时，其副作用通常是增加的平均流体动力学尺寸。

在上周的网络研讨会上你问到：您是否有蛋白质样品的zeta电位测量的例子？我附加了几篇论文；1.) 第一篇是题为“牛血清白蛋白与铝多聚氧络合物的相互作用” 2.) 作为三篇论文系列的第一篇关于HIV病毒研究的出版物，3.) 发表的一篇论文讨论了我们开发的一种新方法，以帮助测量蛋白质的zeta电位，称为扩散障碍方法，包括BSA滴定和IgG测量，也请查看关于该方法实践细节的博客。

我们还发布了一篇关于加州大学旧金山分校医学院预防和修复牙科科学系的Vuk Uskokovic博士的新闻稿。该新闻稿描述了他的工作，涉及一种旨在在实验室中模拟牙釉质生长的研究。他发表了一篇题为’《人类牙本质蛋白的zeta电位和粒径分析’， Dr. Uskokovic和他的同事们的研究结果表明：“zeta电位可能用作体外重现牙釉质蛋白组装的控制参数”。作者还指出：“本文中建立的zeta电位和颗粒-颗粒吸引力之间的相关性可以潜在地应用于一般自组装蛋白质的研究中。”

仪器基于第一原理设计，因此我们不对仪器进行校准。我们测量一个标准以确认仪器正常工作。Malvern确实提供一个转移标准以验证仪器是否在正常运行。该转移标准预装于注射器中，其部件编号为DTS1235。

Zeta电位理论基于不重叠的双层，意味着样品应稀释。稀释测量是测量zeta电位的优选方法。Zetasizer确实有一个低体积/高浓度zeta电位池，在该池中可以使用的最高浓度是40 wt%。作为一个规律， 即使有高浓度池，但我个人的偏好是不超过10%的测量。这仅仅是我的个人偏好。通常，我将所有zeta电位样品稀释到光学透明，0.01wt%或更少。如果我将一个样品与另一个样品进行比较，我确保将所有样品稀释到相同的浓度。如果pH值、盐浓度或表面活性剂浓度对于一个配方好的样品特别重要，那么我将所有样品稀释到相同的pH值、盐浓度等。通过这样做，我可以比较样品之间的差异，同时在稀释样品时保持非常相似的连续介质。Zetasizer Nano仪器系列的手册列出了一些规格。

我们测量电泳迁移率并计算zeta电位。电泳迁移率是颗粒速度/电场强度。在测量过程中，我们施加电压，颗粒朝向相反电极移动。在测量过程中极性被来回翻转，因此颗粒先移动到一个方向然后到另一个方向。由于颗粒在移动，光会发生频率偏移，即多普勒偏移。这类似于警察在您开车上高速公路时测速。光的频率偏移与颗粒速度成正比。测量稍微复杂一些，我们使用干涉法获得光的频率偏移，但不涉及光学这就是测量的方式。有关更多细节，请参阅“什么是zeta偏差？”

通过测量的颗粒速度和已知的电场强度（电压/电极之间的距离），我们测量电泳迁移率。然后我们用该值在Henry方程中获取mV的zeta电位。

我对MXene不是很熟悉，但它是板状的，我们可以测量也为板状的粘土。您会在水或有机介质中分散样品吗？如最小尺寸至少4-5nm，测量应可行。这些材料的SEM图像表明，尺寸不会对zeta电位测量构成问题。

Zetasizer软件有用于计算蛋白电荷或在Zetasizer软件中的价态的计算。通过从Henry函数f(кa)开始，并使用已知的尺寸和离子强度，可以计算蛋白价态。该软件工具使用Ohshima方程来计算单价盐。第二个计算使用电泳迁移率和斯托克斯半径计算蛋白电荷。关于此的更多详细信息在提供的技术说明中有概述，关于Zetasizer计算器。

在软件内可以；

选择工具-计算器，然后选择蛋白电荷 & f(кa)标签。

蛋白电荷

蛋白电荷计算从测量的电泳迁移率和流体动力学尺寸计算蛋白电荷。 电荷通过以下方程计算：


其中：

Z = 计算得出的蛋白电荷
ζ = zeta电位
和其他值可以从上方获得。

我的同事，Kevin Mattison，也写了一份他正在研究的详细解释：“《使用动态光散射进行颗粒尺寸测定基础手册“。

我附上了两个应用说明，为您提供关于Zetasizer表面电位测量的示例。表面电位测量的样品要求很小。样品必须被切割以适应样品夹和电极之间。样品必须为5 – 7 mm长，4 mm宽，不得超过1.5 mm厚。此外，样品表面可以是多孔的，例如滤膜，但必须相对光滑。希望这个描述能帮助您决定是否要考虑针对您的样品进行表面电位测量。请查看有关测量表面zeta的注意事项博客。

测量二氧化硅表面zeta电位
使用表面zeta电位池测量表面zeta电位

对我来说，这听起来不太可能，只有两个可能的问题我认为可能导致这种情况。细胞在之前使用过吗？如果一个或两个细胞不清洁并污染了样品，zeta电位可能因为污染而变化很大。因此，拥有一次性zeta电位池是Zetasizer的一个很好的特点。如果你不确定清洁性，可以使用新池来进行测量。
第二种可能是数据不好，我的意思是它非常嘈杂。因此，当您第一次运行样品时会得到一个值，然后在同一细胞或不同细胞中第二次运行时，由于测量只是纯粹的噪声，第二次结果会完全不同。
为了获得良好的数据，需要好的相位分析结果。相位分析结果是数据的最原始形式。我复制了一张相位分析图，您的数据应该具有一个干净的锯齿图模式，就像下面一样。您也可以查看质量报告以查看提供了哪些建议。我附上了两份关于Zeta质量的文档。题为“Zeta质量报告”的文件解释了良好与糟糕的相位分析报告。请查看这篇文章，它可能有助于解释为什么您的数据不一致。

DMSO的介电常数是46.7，所以在我看来它既不是极性也不是非极性。你真的需要计算自己的F(ka)并在软件中使用。Henry方程在软件中完整存在，软件可以帮助进行计算。或者，如果这样更让您感到舒适，您可以选择自行计算F(ka)。方程为：

K^-1 = ((e_oe_rk_BT)/(2000 e² I N))^0.5
其中；
e_o = 自由空间的介电常数             (8.8542*10^-12 C/Vm)
e_r = 液体的相对介电常数（或介电常数）
k_B = 波尔兹曼常数
T = 摄氏温度
e = 电子电荷，库仑
I = 离子浓度（摩尔/升）
N = 阿伏伽德罗数

请记住；
k的单位是倒长度单
1/k = 电双层的“厚度”德拜长度
a = 粒子半径
ka = 粒子半径与双层厚度之比

一旦计算出ka值，下面的表格将允许您选择适当的F(ka)而无需再次计算。

在软件中，当您设置测量过程中的常规选项时，您可以选择Smoluchowski、Henry、Custom或Calculated。如果您选择Calculated并按下Calculate选项卡，您将能够输入介电常数、粒子半径和离子强度，软件将为您计算F(ka)。一旦知道您的F(ka)，您可以用它作为测量的Custom数值。您还可以回顾并编辑您以前的所有结果。您不需要重新测量所有内容。

浓度上限是40wt%，然而，这个上限是样品依赖的。您的样品浓度已经超过上限，因此我会进行一系列稀释，直到您开始获得良好的测量结果。可能通过少量稀释使得40%可以得到不错的结果，但再次建议您尝试一些浓度以确保您处于稳定的测量区域。

Zeta电位理论基于不重叠的双层。因此，稀释测量通常是优选的。然而，我附加了一个应用说明，报告了一个浓缩脱脂牛奶zeta电位的研究的高浓度zeta电位测量作为参考。