什么是Zeta电位？- 2: 影响Zeta电位的因素



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 影响Zeta电位的因素

 

1. pH

在水溶液中，样品的pH是影响Zeta电位的最重要因素。当溶液条件不明确时，Zeta电位值实际上是没有意义的。

考虑在悬浮液中具有负Zeta电位的颗粒。当加入碱时，颗粒带负电荷效应将增强。如果将酸加入悬浮液中，则电位将移动到接近中性。进一步添加酸则会导致正电荷。因此，Zeta电位与pH值的相互关系表现为低pH时为正值，而高pH值时为低值或负值。

此外，还有可能出现Zeta电位为零的情况，这被称为等电位点，它是理解颗粒的重要参数。

通常在胶体系统中，等电位点是最低稳定性的条件。典型的Zeta电位与pH的关系如图8所示。

 

 

 











从这个例子可以看出，样品的等电位值约为pH 5.5。此外，当pH值低于4时（如果有足够的正电荷），以及pH值大于7.5时（如果有足够的负电荷）可以预测其稳定性。在pH值在4至7.5之间时，Zeta电位在+30至-30之间时，可能会出现分散稳定性的问题。

2. 电导率

双层的厚度取决于溶液中的离子浓度，可以根据溶液中的离子强度计算得出。较大的离子强度会形成更压缩的双层。离子的价态也会影响双层的厚度。
如同Aluminium 3+离子与1+离子的情况相比，它们形成更厚的双层。无机离子可以通过两种方式影响表面电荷。
i)没有特定离子吸附的情况不会影响等电位点。
ii)当特定离子吸附发生时，它可能会影响等电位点，特定离子的吸附（即使在低浓度时）会对颗粒分散的Zeta电位产生巨大影响。在一些情况下，特定离子吸附甚至会导致电荷反转。

3. 组分浓度

Zeta电位的组分浓度的影响提供了关于保持最大稳定性的信息。已知的物质对样品Zeta电位的影响是防止沉淀的好工具。

电动效应

在颗粒表面存在电荷的重要后果是它们在给定的电场中发生相互作用。这一效应被定义为电动效应。此移动引导出四种效应：

电泳：在给定电场影响下，悬浮液中电荷颗粒的移动 

 

电透：在给定电场影响下，固定电荷表面上溶液的移动

电流流动：当固定电荷表面产生快速流动时引发电场的出现

 



沉降电位：当带电颗粒沉降时引发电场的出现

  电泳

当电场施加到电解质时，带电颗粒会被相反电荷的电极所吸引。粘性力有一种抵抗这种运动的趋势。

当这两种力量达到平衡时，颗粒就会获得固定的速度。该速度受电场强度或电压变化、溶剂的介电常数、溶剂的粘度、Zeta电位的影响。单位电场中的颗粒速度与电流的移动性有关。Zeta电位与Henry方程定义的电流移动性相关。

UE = 2 ε z f(κa)
3η

UE 是电流迁移率，z 是Zeta电位，ε 是介电常数，η 是粘度，而f(κa)是亨利函数。

Debye（电双极矩的单位）中的κ的单位是逆长度，κ-1通常用作电双层的“厚度”。

a 是颗粒半径，因此 κa 可以表示为颗粒半径相对于电双层厚度的比值。大多数情况下，Zeta电位的电泳测定是在水溶液中进行或在适合的电解质浓度下进行。在这种情况下，F(κa)为1.5，即所谓的斯莫卢霍夫斯基近似。

因此，基于流动性计算的Zeta电位，即对于具有摩尔的盐的电解质中分散的0.2微米以上的颗粒，使用Smoluchowski模型进行准确计算。

对于低介电质溶剂中的小颗粒，F(κa)值为1，计算方便。这被称为Huckel近似。 

 

  

电泳速度测量

微电泳系统的组成包括具有电位差的电极的毛细管单元。

当颗粒向电极移动时，它们的速度被测量为单位场中的移动性。

传统方法利用超显微镜直接观察个别颗粒并用测得的距离进行计算。尽管这种方法在全球广泛使用，但它有一些不便，尤其是在颗粒很小或散射不稳定时，测量需要付出很多努力。

马尔文公司的Zetasizer Nano仪器系列采用的是具有M3-PALS技术的激光多普勒电泳方式。

M3-PALS技术

Zetasizer Nano系列结合了能够测量颗粒电泳的M3-PALS（专利）的激光多普勒粘度计和光散射相分析装置。

M3-PALS方法也能够测量非常低流动性的样品，并计算它们的流动性分布。

PALS比传统测量方法效率高100倍。

它也适用于高电导率物质以及在非电解质分散的低流动性物质的精确测量。此外，它使用低电压以避免焦耳热效应导致的缺陷。此外，有关激光多普勒电泳技术和M3-PALS的广泛讨论和各种论文可以在马尔文仪器公司网站上找到。