什么是 Zeta 电位? -1 ：Zeta 电位测量方法介绍

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介绍

Zeta 电位是一种描述悬浮液中所有颗粒的物理性质。 它还可以清晰地显示悬浮液和乳液的 行为。了解 Zeta 电位可以减少开发试验配方的时间。 同时，它可以预测长时间的稳定性。 

胶体科学

物质的三种基本状态是固态、液态和气态。它们之间 精细分散则称为胶体系统。这类物质具有 非常重要的实际意义。 

 





胶体系统包括气溶胶、乳液、胶体悬浮液和聚集体胶体的多种实例。在某些特定条件下，分散中的粒子会聚集形成更大的聚集体，在重力作用下增大尺寸。

首先形成的这些聚集体称为絮体，而生成过程称为絮凝。絮体可能会发生沉降和相分离，也可能不会。
当这些聚集体密度逐渐增加时，称之为凝固。 

 



粒子间的聚集密度高于介质时会沉降，低于介质则形成乳脂并分离。这种絮凝与凝固过程通常是可互换的。

通常，凝固反应是不像絮集那么可逆的，最终会发生去絮凝 (deflocculation)。

图 1 描示了这一过程。 

 

 

胶体稳定性与 DVLO 理论 

1940 年，科学家 Derjaguin、Verwey、Landau 及 Overbeek 开发了与胶体 系统稳定性有关的理论。DVLO 理论 表明，溶液中粒子的稳定性依赖于其总 能量函数 的变化。

  根据下面一些因素决定：

 

  

是由溶剂导致的势能，是影响整个潜能最后一些纳米粒子分离的最小贡献因素。重要因素是 和 之间的平衡，这代表着吸引与排斥力的分布。

 

  





所示，A 即 Hamaker 常数，D 代表粒子分离距离。

 



表示排斥的势能 是更复杂的公式。

 

  

 



a 是颗粒半径，π 是溶液溶度，κ 是离子组成， ζ 是 Zeta 电位的函数。



 
 



DVLO 理论表明，在胶体系统中，系统的稳定性取决于 Van-deer Waals 引力和双电层斥力的总和。这一理论显示了两颗粒间的斥力和试图结合的能量壁垒。
如果不足以克服这种能量壁垒，粒子会在吸引力作用下不可逆结合。因此，若粒子具有足够高的反斥力，可以避免分散的絃凝，使胶体体系达到稳定。 

 

如果缺乏反斥机制，会发生絮凝、凝固，最终导致沉降。 

 

 

若 Zeta 电位减少（高盐浓度），粒子间可能产生较弱的倾向与可逆结合，可能在图 2 (b) 中观察的到所谓“第二价谷”。 

 

这种弱絮体稳定得足以不被布朗运动破坏，但受到强加搅动等外力作用会导致分散。因此，要保持胶体系统的稳定性，反斥必须占主导。应采取措施实现胶体系统的稳定性。

影响分散稳定性的两个基本机制是：

体积排斥 – 指阻碍颗粒表面太靠近吸附了聚合物，充分吸附时，聚合物层之间体积排斥导致的离子可以保持颗粒分离。这种分离使得 Van-deer Waals 力太弱以致于无法形成结合。

 

静电或电荷稳定性 – 来自体系内的电荷分布而导致的颗粒交互作用。每个机制在不同体系中具有优势：体积稳定性简单，只需合适聚合物即可，但成本可能很高，陶瓷浆在铸造和烧结中如高聚合物可能烧失，造成不适用性。此外，还可能带来收缩缺陷。使用静电或电荷稳定化处理则需简单调整体系内动态离子密度，适合絮凝体系。

作为可逆过程，便宜却长期被用于测量胶体颗粒相互作用的指标。Zeta 电位的测量通常被用作验证胶体系统稳定性的的一种方式。

表面电荷  

大多数水溶性介质中的胶体分散体都带有电荷。基本性质及其周围环境影响了表面电荷的诸多因素，我们将考虑其中最重要的机制。

  表面基团电离 

颗粒表面的酸基分解使表面带负电荷，而相反过程则是颗粒表面的碱基分解使表面带正电荷。