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Zeta電位測量技術的進展
Zeta電位是反映懸液中顆粒表面帶電性質的重要參數(shù),對乳液、凝膠、懸液等體系穩(wěn)定性研究有重要指導意義。那如何測量懸液中顆粒的Zeta電位呢?現(xiàn)在市面上有很多種技術都可以實現(xiàn)電位測試,比如動態(tài)圖像電泳法、超聲波電泳技術等,但相對最為成熟的方法還是電泳光散射技術,其主要測試原理如下:
圖1. 顆粒的電泳和Henry方程
我們知道,對于一個帶電的顆粒,如果我們將其置于一個已知強度的電場中,由于電場力的存在,帶電粒子就會在電場中進行電泳運動,其中正電荷往負極走,負電荷往正極走。根據Henry方程,在單位電場條件下,顆粒的電泳遷移率將會直接正比于顆粒的Zeta電位。換句話說,只要能夠準確測量帶電粒子在電場中移動的速度,就可以通過Henry方程得到顆粒的Zeta電位。但對于微觀顆粒其尺寸非常小,移動速度又相對較慢,因此常規(guī)的測試方法要想準確測得顆粒的移動速度將會面臨較大挑戰(zhàn),而電泳+光散射的方式,則恰恰可以較好地解決這個問題。根據光學多普勒效應,一束光照射到一個移動的物體上,散射光的頻率將會發(fā)生變化,物體移動越快,則反射波頻率變化越大,通過測量散射光頻率的變化,即可得到顆粒的移動速度,從而計算出顆粒的Zeta電位。
圖2. 多普勒效應
雖然其理論上已經相對成熟,但要真正實現(xiàn)Zeta電位的準確測試還是會面臨很多實際問題和挑戰(zhàn)。比如由于顆粒移動速度相對較慢,顆粒移動引起的光波頻率變化只有幾十到幾百赫茲,而本身一束激光的頻率在1014赫茲左右,這就意味著這個頻率變化非常小,很難準確測到。還有待測顆粒非常小,很多都在納米級別,這也就意味著散射光信號非常弱,而弱信號對噪音和擾動非常敏感等等。應對于這些難點和測試需求,丹東百特儀器有限公司在BeNano系列儀器中采取了一系列新的技術和設計,比如采用現(xiàn)在先進的拍頻+相位分析技術,就是來解決頻率變化很小這個難題的。通過使用高靈敏度的APD雪崩光電二極管代替常規(guī)的PMT檢測器來增加弱信號的靈敏度,同時各種光纖和光路補償技術的應用極大的優(yōu)化了光路穩(wěn)定性,大大拓展了其應用領域和效果。
圖3. 電泳光散射光路示意圖
這樣,一臺技術先進、結果準確的Zeta電位儀器就研發(fā)出來了,但是要想真正讓其發(fā)揮大的作用,實驗過程和條件也缺一不可。畢竟顆粒可能懸浮在不同的液體環(huán)境中,其本身電位會受多種環(huán)境因素,比如溶液pH值、電導率、組成成分及濃度等影響,究竟有何影響,我們將在《Zeta電位的前世今生三》中揭曉。