Zeta电位仪测试简化过程

Zeta电位仪测试简化过程

1、开启仪器(仪器的开关在设备的后面的右上部位)，

将出现“嘟嘟”声，指示仪器已开启，开始初始化步骤；如果仪器完成例程，出现第二次“嘟嘟”声。将再次听到两次“嘟嘟”声，说明仪器已达到25°C的默认温度。因为本仪器为632.8激光光源，一般需稳定30分钟

2、点击图标，启动Zetasizer软件

3、点击软件中 File – New - Measurement file，创建此次测试文

件，一经创建，本次测试的结果均自动保存在此文件中，无需另行保存。

4、制备样品

5、将制备的样品注入样品池，粒径分布需1.0 ml—1.5 ml，Zeta点

位测量至少需要1.0 ml。

6、将样品池插入仪器中，等待温度平衡

7、点击Start （），即进行测量。

8、使用光盘拷取数据。

使用注意事项

测量粒径分布

1.测量粒径前，需查知样品分散剂的粘度、折光指数（Refractive Index）

2.用卷纸轻轻点拭样品池外侧水滴，切勿用力擦拭，以防将样品池划伤，如发现样品池

有划纹，需更换。

3.手尽量避免触摸样品池下端，否则会影响光路。

4.一定要去除样品池内的气泡

5.实验室提供的样品池为聚苯乙烯材质，不可用于测量有机分散体系

6.实验室提供的样品池,测量温度不可高于50摄氏度

7.如需测量有机分散体系或高于50摄氏度，请自带石英比色皿

8.使用滤纸过滤时，舍去过滤后的第一滴样品，以防滤纸上杂质进入样品池

测量时需自带：卷纸、多个注射器、多个离心管（用于稀释样品）

Zeta电位测量

1、测量粒径前，需查知样品分散剂的粘度、折光指数（Refractive Index）、介电常数

（Dielectric constant）

2、用卷纸轻轻点拭样品池外侧水滴，尤其是两个塞子外侧

3、一定要去除样品池内的气泡，尤其是电极上气泡

4、如发现电极变黑，需更换

5、实验室提供的样品池为聚苯乙烯材质，不可用于测量有机分散体系

6、实验室提供的样品池测量温度不可高于70度

7、使用滤纸过滤时，舍去过滤后的第一滴样品，以防滤纸上杂质进入样品池

测量时需自带：卷纸、多个注射器（5ml）、多个离心管（用于稀释样品）

制备样品—粒径

样品浓度

每个类型的样品材料，有最佳的样品浓度测量范围。

?如果样品浓度太低，可能会没有足够的散射光进行测量。除极端情况外，对该仪器来说一般不会发生。

?如果样品太浓，那么一个粒子散射光也会被其它粒离所散射（这称为多重散射）。

?浓度的上限也要考虑到：在某一浓度以上，由于粒子间相互作用，粒子不再进行自由扩散。

小粒子需要考虑的事项

最小浓度

对小于10nm的粒子，决定最小浓度的主要因素是样品生成的散射光强。实用的角度，这种浓度应生成最低光强为10，000cp/s（10 kcps），这样才能超过分散剂的散射。作为一个指导，水的散射光强应超过10kcp的，甲苯的应超过100kcps。

最大浓度

对小粒径的样品，最大浓度实际上不存在（以进行动态光散射（DLS）测量的术语来说）。

但实际，样品的性质本身会决定此最大值。例如，样品可能有以下性质：

?胶凝作用：凝胶不适合采用Zetasizer进行测量（这对所有基于动态光散射原理仪器都是事实）

?粒子相互作用：如果粒子之间存在相互作用，那么粒子的扩散常数通常会改变，导致不正确的结果。

应选择某一浓度避免粒子相互作用。

大颗粒需要考虑的事项

最小浓度

即使对大颗粒，知道最小浓度仍然是得到有效散射光强的保障，虽然我们还必须考虑“Number fluctuation”（数量—波动: 粒子浓度太低导致在光路中的粒子数量随时间较大波动）的附加效应。

例如，如果在低浓度（比如说0.001 g/l （10-4%））下测量一个大颗粒（比如说500nm）样品，生成的散射光大于进行测量的所需量。但是，散射体积中粒子数太小（小于10），在散射体积中会发生严重的粒子数量随时间波动。这些波动与所用计算方法中假设的类型不符，通常会被错误诠释为样品中的大颗粒。

必须避免此类波动，这决定了所要求浓度的下限和粒子数的下限。光路中至少应存在500个粒子，但推荐最小量为1000个粒子。参见下图：对假定密度为1 g/cm3的不同浓度溶液中，每散射体积中粒子数的估算图。

最大浓度

较大颗粒的样品浓度上限，由其引起多重散射的趋势决定。虽然Zetasizer对多重散射不是十分敏感，但随着浓度增加，多重散射效应越来越占优势，在达到某一浓度时，生成过多的多重散射，会影响测量结果。当然，如此高的浓度不应用于精确测量，上表中给出了不同粒径粒子最大浓度的粗略估算。

通用规则是，在多重散射和粒子相互作用影响结果之前，以可能的最高浓度进行测量。可以假定样品中的灰尘污染对高浓度和低浓度是相同的，因此样品浓度增加，从样品得到的散射光强相对灰尘散射光强有所增加。

过滤

用于稀释样品（分散剂和溶剂）的所有液体，应于使用前过滤，避免污染样品。过滤器的粒径应由样品的估算粒径决定。如果样品是10nm，那么50nm灰尘将是分散剂中的重要污染物。水相分散剂可被0.2μm 孔径膜过滤，而非极性分散剂可被10或20nm孔径膜过滤。

尽可能不过滤样品。过滤膜能通过吸附以及物理过滤消耗样品。只有在溶液中有较大粒径粒子如聚集物时，且它们不是所关心的成分，或可能引起结果改变，才过滤样品。

运用超声波

可使用超声处理除去气泡或破坏聚集物—但是，必须谨慎应用，以便避免损坏样品中的原有粒子。使

用超声的强度和施加时间方面，依赖于样品。矿物质如二氧化钛，是通过超声探头进行分散的一个理想的例子，但是某些矿物质，如炭黑，的粒径，可能依赖于所应用的功率和超声处理时间。超声甚至可使得某些矿物质粒子聚集。

乳状液和脂质体不得采用超声处理。

制备样品—Zeta电位

Zetasizer Nano中用于Zeta电位测量的光学设置在第15章中讨论。使用一束激光作为光源，激光被一个分光镜分为一束入射光和一束参考光。参考光的光强在出厂时设置，通常在2000至3500Kcps之间。入射光穿过样品池的中央，散射光在向前的角度被检测。因此总的来说对于Zeta电位测量的样品应该光学透明。最高和最低样品浓度可依赖于以下因素：

?粒子的光学性质

?粒子粒径

?粒子的分散度

在Zeta电位测量过程中，首先测量参考光的强度，并且显示在Log sheet中。随后检测散射光强度，并由衰减器调节散射光的强度至参考光源的1/10。举个例子说，如果参考光源的光强是2600kcps, 衰减器将会调节散射光强不高于260kcps.

如第5章所述，仪器中的衰减器有11个位置，覆盖从100%至0.0003%透射率

在Zeta电位测试过程中的最小光强为20kcps，低于此光强测试将中止。

Zeta电位测试中的最低浓度

在Zeta电位测试过程中所需的最小光强为20kcps。因此最低浓度取决于相对折光指数差（粒子和溶剂间的折光指数差值）和粒子尺寸。粒子的尺寸越大所产生的散射光越强，所需的浓度也就越低。举例来说，氧化钛粒子的水性悬浮液。氧化钛的折光指数为2.5，与水的折光指数差较大，因此有较强的散射能力。因此对于300nm的氧化钛粒子，最小浓度可以为10-6 w/v %。

对于折光指数差很小的样品，比如蛋白质溶液，最低浓度会高很多。通常最低浓度需要在0.1—1w/v %之间才能有足够的散射光强进行Zeta电位测量。

最终，对于特定样品进行一个成功的Zeta电位测量的最低浓度，应该由试验实际测量得到。

Zeta电位测试中的最高浓度

对于在本仪器的Zeta电位测量的最高浓度没有一个明确的答案。以上讨论的因素，如粒子的粒径，分散度，样品的光学性质，都应考虑。

Zeta电位测量过程中的散射光在向前的角度收集，因此激光应该能够穿过样品。如果样品的浓度过高，则激光将会由于样品的散射衰减很多，相应的降低检测到的散射光光强。为了补偿此影响，衰减器会让更过的激光通过。

最终，样品的浓度范围必须由测定不同浓度下的Zeta电位的试验决定，由此来得到浓度对Zeta电位的影响。多数样品要求稀释，这个步骤在确定最终测量值中是至关重要的。对有意义的测量，稀释介质也是非常重要的。所给出的测量结果，如没有提及所分散的介质，则是没有意义的。Zeta电位依赖于分散相的组成，因为它决定了粒子表面的特性。

稀释介质

大多数样品的分散相，可以归于两类之一：

?介电常数大于20的分散剂被定义为极性分散剂，如乙醇和水。

?介电常数小于20的分散剂被定义为非极性或低极性分散剂，如碳氢化合物类、高级醇类。

水相/极性系统

制备样品的目标，是在稀释过程中，保留表面的现存状态。只有一种方式保证这种情况。即通过过滤或离心原始样品，得到清澈的分散剂，使用这种分散剂稀释原有浓度样品。以这种方式，完美地维持了表面与液体之间的平衡。

如果提取上清液是不可能的，那么需让样品自然沉淀，使用上清液中留下的小粒子是比较好好的方法。使用Smoluchowski理论近似，Zeta电位不是粒径依赖性参数。

另一种方法是尽可能接近地模拟原始介质。需考虑下述条件：

?pH。

?系统的总离子浓度。

?存在的任何表面活性剂或聚合物的浓度

非极性系统

在绝缘介质如正己烷、异链烷烃中，测量样品是极为不易。它要求使用universal dip cell（通用插入式样品池）。因为此样品池较好的化学兼容性以及电极间的狭窄空间，这对于不使用高电压时，生成较高磁场强度是必需的。

这种系统的样品制备，将遵照与极性系统相同样的规则。由于在非极性分散剂中，通常很少有离子以抑制Zeta电位，所测量的实际值似乎是非常高的，如200或250 mV。在这样的非极性系统中，稀释后样品的平衡呈时间依赖性，平衡时间可超过24小时。

弯曲式毛细管样品池

如下所述填充样品池：

?用注射器取至少1ml样品。

?将注射器与样品池一端连接。

?将样品缓慢注射入样品池①，检查是否除去所有气泡。

如果在样品池端口下形成一个气泡，将注射器活塞拉回，使气泡吸回注射器体，再重新注射。

?一旦样品开始从第二个样品端口冒出，插入塞子②。

?移去注射器，插入第二个塞子③。

?在样品池的透明毛细区域，不应看到任何气泡。必要时，轻拍样品池以驱逐气泡。检查样品池电极

是否仍然完全被样品淹没。

?移去溅在外部电极上的任何液体。

注意：

进行测量之前，必须配置塞子。

粒径测量原理

什么是动态光散射？

Zetasizer Nano系列使用称为动态光散射（DLS）的过程进行粒径测量。

动态光散射（也称为PCS —光子相关光谱）测量布朗运动，并将此运动与粒径相关。这是通过用激光照射粒子，分析散射光的光强波动实现的。

散射光波动如果小粒子被光源如激光照射，粒子将在各个方向散射。

如果将屏幕靠近粒子，屏幕即被散射光照亮。现在考虑以千万个粒子代替单个粒子。屏幕将出现如下所示的散射光斑。

散射光斑由明亮和黑暗的区域组成，在黑暗区域不能监测到光。

什么引起这些明亮区域和黑暗区域？

下图显示粒子散射光的传播的波动。光的明亮区域是：粒子散射光以同一相位到达屏幕，相互叠加相干形成亮斑。黑暗区域是：不同相位达到屏幕互相消减。

在上例中，我们说粒子是不运动的。在这种情况下，散射光斑也将是静止的—即散射光斑位置和散射光斑大小都是不变的。

实际上，悬浮于液体中的粒子从来不是静止的。由于布朗运动，粒子不停地运动。布朗运动是由于与环

绕粒子的分子随机碰撞引起的粒子运动。对DLS来说，布朗运动的一个重要特点是：小粒子运动快速，大颗粒运动缓慢。在Stokes - Einstein方程中，定义了粒径与其布朗运动所致速度之间的关系。

由于粒子在不停地运动，散射光斑也将出现移动。由于粒子四处运动，散射光的建设性和破坏性相位叠加，将引起光亮区域和黑暗区域呈光强方式增加和减少—或以另一种方式表达，光强似乎是波动的。Zetasizer Nano测量了光强波动的速度，然后用于计算粒径。

诠释散射光波动数据

我们知道，Zetasizer测量散射光的光强波动，并用于计算样品中粒径—但它如何进行工作的呢？

在仪器中有一个部件叫数字相关器。在一段时间，一个相关器基本上测量了两个信号之间的相似程度。如果我们将在某一时间点（比如说时间 = t）将散射光斑特定部分的光强信号，与极短时间后（t+δt）的光强信号相比较，我们将发现，两个信号是非常相似的—或是强烈相关的。然后，如果我们比较时间稍提前一点（t+2δt）的原始信号，这两个信号之间仍然存在相对良好的比较，但它也许不如t+δt时良好。因此，这种相关性是随时间减少的。

现在考虑在“t”时的光强信号与随后更多时间的光强信号—两个信号将互相没有关系，因为粒子是在任意方向运动的（由于布朗运动）。在这种情况下，可以说这两个信号没有任何相关。

使用DLS，我们可处理非常短的时间标度。在典型的散射光斑模式中，使相关关系降至0的时间长度，处于1—10毫秒级。“稍后短时”（δt）将在纳秒或微秒级。

如果我们将“t”时的信号强度与它本身比较，那么我们得到完美的相关关系，因为信号是同一个。完美的相关关系为1，没有任何相关关系为0。

如果我们继续测量在（t+3δt）, （t+4δt）, （t+5δt）, （t+6δt）时的相关关系，相关关系将最终减至0。相关关系对照时间的典型相关关系函数如下所示。

使用相关函数得到粒径信息

相关关系函数如何与粒径相关？我们早先提到，正在做布朗运动的粒子速度，与粒径（粒子大小）相关（Stokes - Einstein方程）。大颗粒运动缓慢，小粒子运动快速。这对散射光斑有什么效应？

如果测量大颗粒，那么由于它们运动缓慢，散射光斑的强度也将缓慢波动。

类似地，如果测量小粒子，那么由于它们运动快速，散射光斑的密度也将快速波动。

下图显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。可以看到，相关关系函数衰减的速度与粒径相关，小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。

在测量相关函数后，可以使用这个信息计算粒径分布。 Zetasizer软件使用算法，提取针对一系列粒径类别的衰减速度，以得到粒径分布。

典型粒径分布图如下所示。 X轴显示粒径类别分布，而Y轴显示散射光的相对强度。

因此，这称为光强度分布。

虽然由DLS生成的基础粒径分布是光强度分布，但使用米氏理论，可将其转化为体积分布（volume distribution）。

也可进一步将这种体积分布转化为数量分布（Number distribution）。

但是，数量分布的运用有限，因为相关方程采集数据中的小错误将导致数量分布的巨大误差。

光强）、Volume（体积）和Number（数量）分布

Intensity（

光强、体积和数量分布之间有什么差别？

说明光强、体积和数量分布之间差异的简单方式，是考虑只含两种粒径（5nm和10nm）、但每种粒子数量相等的样品。

下面第一个图显示了数量分布结果。可以预期有两个同样粒径（1:1）的峰，因为有相等数量的粒子。

第二个图显示体积分布的结果。 50nm粒子的峰区比5nm（1:1000比值）的峰区大1000倍。这是因为，50nm 粒子的体积比5nm粒子的体积（球体的体积等于4/3π（r）3）大1000倍。

第三个图显示光强度分布的结果。 50nm粒子的峰区比5nm（1:1000比值）的峰区大1,000,000倍（比值

1:1000000）。这是因为大颗粒比小粒子散射更多的光（粒子散射光强与其直径的6次方成正比—（得自瑞利近似）。

需要再说明的是，从DLS测量得到的基本分布是光强分布—所有其它分布均由此生成。

Zetasizer Nano操作—粒径测量

典型的DLS系统由6个主要部件组成。首先是激光器①，用于提供照射样品池②内样品粒子的光源。大多数激光束直接穿过样品，但有一些被样品中的粒子所散射。一个检测器③用于测量散射光的强度。由于粒子向所有方向散射光，将检测器置于任何位置都是（理论上）可能的，都可以监测到散射。

对于Zetasizer Nano系列，依赖于仪器的型号，检测器位置将置于173°或90°。

散射光强必须在检测器的特定范围，以便成功进行测量。如果监测到太多的光，那么检测器可能会过载。为克服这个问题，使用一个“衰减器④”，降低激光强并因此降低散射光的光强。

?对散射少量光的样品，如极小粒子或较低浓度样品，必须增加散射光量。在这种情况下，衰减器允

许更多激光穿过样品。

?对散射更多光的样品，如大颗粒或较高浓度样品，必须降低散射光量。这是通过使用衰减器降低穿

过样品的激光量实现的。

在测量过程中，Zetasizer自动确定衰减器的适当位置。

将检测器的散射光强信号传递至数字信号处理板，此板称为相关器⑤。相关器在连续时间间隔内比较散射光强，得到光强变化的速率。

然后将相关器信息传递至计算机⑥，此处Zetasizer软件将分析数据并得到粒径信息。

173°检测光学构造—背散射检测Zetasizer Nano S和ZS可测量接近180°的散射信息。这称为背散射检测。

背散射检测运用了称为NIBS（非侵入背散射）的专利技术。

为什么测量背散射？测量背散射有几个优点：

?因为测量背侧散身，入射光束没有必要穿过整个样品。因为光只需穿过样品的较短路径长度，因此

可以测量较高浓度的样品。

?这降低了称为多重散射的效应；在多重散射中，来自一个粒子的散射光本身是其它粒子散射的。

?与样品粒径比较，分散剂中的灰尘等污染物比较大。大颗粒主要在前进方向散射。因此，通过测

量背散射，可大大降低灰尘效应。

?多重散射效应在180o最小—同样，这允许测量较高浓度样品。

可移动透镜

在Zetasizer Nano系统内，可移动透镜允许改变样品池内的聚焦位置。这允许测量更大范围的样品浓度。

测量位置由Zetasizer软件自动确定。

90°检测光学构造—经典装置

Zetasizer Nano仪器范围中已包括90°型号即Zetasizer Nano S90和ZS90，提供与其它有90°检测光学构造的系统的连续性。

这些模型不使用可移动测量装置，但使用“经典的”固定为90°的监测设置，即检测器和激光以样品池区中心为90°排列。

这种配置降低了这些型号的可检测粒径范围。对测量范围，请参见附录A中的规格表。

Zeta电位测量原理

Zetasizer Nano系列通过测量电泳迁移率并运用Henry方程计算Zeta电位。通过使用激光多普勒测速法（LDV）对样品进行电泳迁移率实验，得到带电粒子电泳迁移率。

在随后的几节说明这些技术。

Zeta电位和双电层

粒子表面存在的净电荷，影响粒子界面周围区域的离子分布，导致接近表面抗衡离子（与粒子电荷相反的离子）浓度增加。于是，每个粒子周围均存在双电层。

围绕粒子的液体层存在两部分：一是内层区，称为Stern层，其中离子与粒子紧紧地结合在一起；另一个是外层分散区，其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。在分散层内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时（如由于重力），在此边界内的离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。这个边界称为流体力学剪切层或滑动面（slipping plane）。

在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。

Zeta电位的大小表示胶体系统的稳定性趋势。胶体系统是：当物质三相（气体、液体和固体）之一，良好地分散在另一相而形成的体系。对这种技术，我们对两种状态感兴趣：固体分散在液体中和液体分散在液体中即乳剂。

如果悬浮液中所有粒子具有较大的正的或负的Zeta电位，那么他们将倾向于互相排斥，没有絮凝的倾向。但是如果粒子的Zeta电位值较低，则没有力量阻止粒子接近并絮凝。稳定与不稳定悬浮液的通常分界线是：+30mV或-30mV。Zeta电位大于+30mV正电或小于-30mV负电的粒子，通常认为是稳定的。

影响Zeta电位的最重要因素是pH。没有引用pH值的Zeta电位值，本身实际上是没有意义的数字。

想象悬浮液中的一个粒子，具有负Zeta电位。如果在这个悬浮液中加入更强碱，那么粒子将倾向于得到更多负电荷。如果在这个悬浮液中加入酸，将达到某一点，负电荷被中和。进一步加入酸，则导致在表面产生正电荷。因此，Zeta电位对照pH的曲线，在低pH时是正电的，而在高pH时较低正电或是负电的。

曲线通过零Zeta电位的点，叫做等电点（isoelectic point），在实际应用过程中是非常重要的。正常情况下它就是胶体系统最不稳定的点。Zeta电位对照pH的典型图示如下。

电动学效应

在粒子表面存在电荷的重要结果，是它们在所施加的电场影响下呈现一定效应。这些效应被集体定义为电动效应。依赖于哪种运动的方式被诱导，有四种明显的效应。他们是：

?电泳：

在所施加的电场影响下，带电粒子相对于其悬浮液体的运动。

?电渗：

在所施加的电场影响下，液体相对于静止的带电表面的运动。

?泳动电位：

当液体被迫流过静止的带电表面时所产生的电场。

?沉降电位：

当带电粒子相对于静止液体运动时产生的电场。

电泳

当电场施加于电解质时，悬浮在电解质中的带电粒子被吸引向相反电荷的电极。作用于粒子的粘性力倾向于对抗这种运动。当这两种对抗力达到平衡时，粒子以恒定的速度运动。

粒子的速度依赖于下述因素：

?电场或电压梯度的强度。

?介质的介电常数。

?介质的粘度。

?Zeta电位。

电场中粒子的速度通常指的是电泳迁移率。

已知这个速度时，通过应用Henry方程，我们可以得到粒子的Zeta电位。

亨利（Henry）方程是：

?z : Zeta电位.

?U E : 电泳迁移率

?ε: 介电常数

?η: 粘度

??（Ka）: Henry函数

有两个值通常用于f（Ka）测定的近似，即1.5或1.0。

f（Ka）是1.5，即

通常在水性介质和中等电解质浓度下进行Zeta电位的电泳测定法。在这种情况下

Smoluchowski近似。因此，对适合Smoluchowski模型的系统，即大于0.2微米的粒子分散在含大于10-3摩尔盐的电解质溶液中，可由此中算法直接从迁移率计算Zeta电位。Smoluchowski近似用于弯曲式毛细管样品池和通用插入式样品池的水相样品。

对较低介电常数介质中的小粒子，f（Ka）为1.0，允许同样的简单计算。这通常指Huckel近似。非水相测量通常使用Huckel近似。

测量电泳迁移率

我们直接测定的是电泳迁移率，并转化为Zeta电位，Zeta电位是从理论考虑推导出来的。那么如何测量电泳迁移率呢？

电泳体系的主要组成是带电极的样品池，在其两端为电极并且都施加了电势。粒子朝着相反电荷的电极运动，测量其速度并以单位场强表示，即其迁移率。

在马尔文Zetasizer Nano系列仪器中，用于测量这种速度的技术是激光多普勒测速法。

激光多普勒测速法

激光多普勒测速法（Laser Doppler Velocimetry）在工程应用中是非常成熟的技术，用于从喷气式发动机中涡轮叶的超声流动到树液从植物茎干中升起的速度等很多方面的研究。

在这两种例子中，实际上以我们测量不断运动的流体中微小粒子的速度。因此LDV也适合于测量在电泳实验中运动的带电粒子速度。

接收光学器件被设置用来传递样品池中粒子的散射光。

在17°角度的散射光与参考光结合，产生光强的波动信息，其中波动速度与粒子的速度成正比。一个数字信号处理器用于提取散射光中的特征频率。

光学调制器

系统的精巧部分包括用一个震荡反光镜调制其中一束激光。这得到Zeta电位信号的正负性。

调制器另一个好处是，能使迁移率较低或为零的粒子得到与高迁移率粒子一样精确的信号。

这种技术保证在数秒内得到精确结果，可以观察到数百万个粒子。

电渗效应

毛细样品池壁携带表面电荷，为了观察到电泳运动所施加的电场，将会导致靠近池壁附近的液体进行电渗

流动。胶体粒子将要经受这种附加在电泳运动上的流动。但是在封闭系统中，沿管壁的流动必须被相反方向的，毛细样品池中央的流动补偿。

在样品池中存在一个点，此时电渗流动为零—两种流体流动抵消。如果在这一点进行测量，所测量的粒子速度将是真实的电泳速度。这一点称为稳定层，是两种激光束交叉的地方；因此，所测量的Zeta电位排除了电渗所造成的误差。

避免电渗

上面所述的稳定层技术已运用多年。

由于电渗效应，只能在样品池的特定点进行测量。如果可能完全排除电渗，则可能在样品池中任一点进行测量、并取得真实迁移率。

现在使用Zetasizer Nano系列仪器，将激光多普勒测速法和相位分析光散射（PALS）结合，即马尔文M3 - PALS专利技术，使这变为可能。

实施M3 - PALS，也能够分析极低迁移率的样品，并计算其迁移率分布。

M3 - PALS技术

马尔文已开发了M3—PALS专利技术，在样品池内任一点进行测量，得到电泳迁移率。这是马尔文改良的激光多普勒测速法— M3测量技术，与PALS（相位分析光散射）的结合的专利技术。

M3技术

如上面所讨论的，传统电泳测量是在稳定层进行测量，而稳定层是接近样品池壁的精确位置。虽然使用Zetasizer Nano是在样品池中心进行测量的，但使用M3测量，可在样品池任何一点进行测量。

M3包括慢速电场变换（SFR）和快速电场变换（FFR）测量，因此命名为“混合模式测量”。

样品池中测量位置

M3法在样品池中心进行测量，而不是在稳定层进行。原则上，M3测量可在样品池任何位置进行，但有许多理由选择在样品池中心进行。

?测量区远离样品池壁，因此降低了附近表面所产生的反射闪光的机会。

?样品设置不是至关重要的。

?可以计算样品池壁的电荷。

施加电场反转

所有使用LDV（激光多普勒测速法）测量迁移率的系统，在测量过程中周期性地变换应用电场。这通常就

是下面提到的慢速电场变换。

但是，M3包括针对每个Zeta电位测量的两种测量：一是，所施加的电场的慢速变换—即SFR测量；二是所施加的电场的快速变换—即FFR测量。

慢速电场变换（SFR）

这种变换运用于降低电极的氧化，氧化在导电溶液中是不可避免的。电场通常每1秒变反转一次，允许流体稳定流动。

快速电场变换（FFR）

如果电场更快速地变换，则可能在粒子达到最终速度时，由于电参导致的流体流动并不显着。

（下面这个图中的剩余流动是放大的）。

这表明，在这段时期内所测量的迁移率，仅由粒子的电泳所引起，而不受电渗所影响。

这种技术计算的平均Zeta电位是非常准确的，因为样品池的测量位置不是至关重要的。

但是，由于粒子速度是在短的时间内测得的，如此降低了分布信息的价值。这是M3所述的内容，PALS技术用于测定这部分测试中的粒子迁移率。

M3测量顺序

以下述方式进行M3测量：

?在样品池中进行快速电场变换测量。这测得到精确的平均值。

?进行慢速电场变换测量。这得到更好的分辨率，但迁移率值由于电渗效应有所漂移。

?从FFR和SFR测量计算平均Zeta电位减去了电渗流动的影响。此值用于纠正慢速电场变换的误差。

?电渗值用于计算样品池壁的Zeta电位。

M3的优点

使用M3，简化了全部Zeta电位测量。对操作者来说，不再需要为测量选择系统参数，因为适当的设置成为计算在M3顺序的一部分。随着测量变量数减少，测量可重复性和准确性均得到改善。另外，测量位置不再是一个问题，因为不需要关心稳定层的位置。

如今M3与PALS测量已经结合应用。

添加PALS和什么是PALS？

PALS（相位分析光散射）是对传统激光多普勒测速法和M3法的更进一步改良。

总之，PALS的应用改善了低迁移率粒子的测量准确性。这使性能比相关的标准测量技术增加100倍。

这允许测量较高电导率样品，并可能精确测量较低迁移率的粒子样品。现在应用较低电压可以避免由于焦耳加热对样品引起风险。

PALS如何工作？

相对于多普勒频移检测由粒子运动产生的散射光频率移动，相位分析光散射检测相位的移动。相位信息包含在运动粒子的散射光中，相位的移动正比于粒子移动的速度。将粒子散射光的相与参考光的相比较，可测量这种相位移动。一个分光器用于从原始激光束分出一束较弱的激光，用作参比光。

信号的相分析可以被精确地测量，即使存在不是电泳引起的其它效应，如焦耳热引起的热漂移。这是因为，电场应用导致的相位移动形式是已知的，所以可以分离不同的效应。

由于实施M3测试，电渗影响并不显着，两相之间的差异是稳定的，所以如果有任何粒子运动，那么这种相关系即改变。对迁移率变化来说，监测相移比传统的监测频率漂移更为灵敏。

通过综合测量的FFR部分中的相漂移，于是可测定电泳迁移率和随之的Zeta电位。

Zetasizer Nano操作— Zeta电位测量

与粒径理论一章中说明的典型DLS系统类似，Zeta电位测量系统由6个主要部件组成。首先，激光器①用于提供照样品中粒子的光源；对Zeta电位测量来说，将这种光源分成两束，以提供入射光和参考光。参考光可以被调制，以提供必要的多普勒效应。

激光束穿过样品样品池②的中心，在17°角度检测散射。将样品池插入样品池架时，样品池终端允许系统识别配置的Zeta电位样品池，并设置软件使用正确的测量顺序。

当电场施加于样品池时，通过测量运动的粒子引起的光强的波动来检测散射光的频率，散射光频率的移动与粒子移动速度成比例。

检测器③将这个信息传送到数字信号处理器④。再将信息传递到计算机⑤，由Zetasizer Nano软件生成频谱，从频谱可计算电泳迁移率及Zeta电位信息。

样品池内的散射光强度必须在检测器的特定范围，以便成功进行测量。如果监测到太多的光，那么检测器可能会过载。为克服这个问题，使用一个“衰减器⑥”，降低激光强度并因此降低散射光的强度。

对散射较弱的样品，如极小粒子或较低浓度样品，必须增加散射光量。衰减器将自动让更多光通过样品。对散射较强的样品，如大颗粒或较高浓度样品，必须降低散射光量。衰减器将自动降低通过样品的光量。在散射光光路上安装光学补偿装置⑦以改正样品池壁厚度和分散剂折射所造成的任何差异。

通用插入式样品池

当通用插入式样品池插入样品池架时，样品池终端允许系统识别所配置的样品池类型，并相应调节所应用的电压和光学补偿。

除未使用的FFR测量外，测量步骤与弯曲式毛细管样品池的相同。插入式样品池中的测量电极仅间隔2mm。这排除了电渗效应，因此也不需要FFR部分的常规测量。

Zeta电位仪测试简化过程

Zeta电位仪测试简化过程 1、开启仪器(仪器的开关在设备的后面的右上部位)， 将出现“嘟嘟”声，指示仪器已开启，开始初始化步骤；如果仪器完成例程，出现第二次“嘟嘟”声。将再次听到两次“嘟嘟”声，说明仪器已达到25°C的默认温度。因为本仪器为632.8激光光源，一般需稳定30分钟 2、点击图标，启动Zetasizer软件 3、点击软件中 File – New - Measurement file，创建此次测试文 件，一经创建，本次测试的结果均自动保存在此文件中，无需另行保存。 4、制备样品 5、将制备的样品注入样品池，粒径分布需1.0 ml—1.5 ml，Zeta点 位测量至少需要1.0 ml。 6、将样品池插入仪器中，等待温度平衡 7、点击Start （），即进行测量。 8、使用光盘拷取数据。 使用注意事项 测量粒径分布 1.测量粒径前，需查知样品分散剂的粘度、折光指数（Refractive Index） 2.用卷纸轻轻点拭样品池外侧水滴，切勿用力擦拭，以防将样品池划伤，如发现样品池 有划纹，需更换。 3.手尽量避免触摸样品池下端，否则会影响光路。 4.一定要去除样品池内的气泡 5.实验室提供的样品池为聚苯乙烯材质，不可用于测量有机分散体系 6.实验室提供的样品池,测量温度不可高于50摄氏度 7.如需测量有机分散体系或高于50摄氏度，请自带石英比色皿 8.使用滤纸过滤时，舍去过滤后的第一滴样品，以防滤纸上杂质进入样品池 测量时需自带：卷纸、多个注射器、多个离心管（用于稀释样品）

Zeta电位测量 1、测量粒径前，需查知样品分散剂的粘度、折光指数（Refractive Index）、介电常数 （Dielectric constant） 2、用卷纸轻轻点拭样品池外侧水滴，尤其是两个塞子外侧 3、一定要去除样品池内的气泡，尤其是电极上气泡 4、如发现电极变黑，需更换 5、实验室提供的样品池为聚苯乙烯材质，不可用于测量有机分散体系 6、实验室提供的样品池测量温度不可高于70度 7、使用滤纸过滤时，舍去过滤后的第一滴样品，以防滤纸上杂质进入样品池 测量时需自带：卷纸、多个注射器（5ml）、多个离心管（用于稀释样品） 制备样品—粒径 样品浓度 每个类型的样品材料，有最佳的样品浓度测量范围。 ?如果样品浓度太低，可能会没有足够的散射光进行测量。除极端情况外，对该仪器来说一般不会发生。 ?如果样品太浓，那么一个粒子散射光也会被其它粒离所散射（这称为多重散射）。 ?浓度的上限也要考虑到：在某一浓度以上，由于粒子间相互作用，粒子不再进行自由扩散。 小粒子需要考虑的事项 最小浓度 对小于10nm的粒子，决定最小浓度的主要因素是样品生成的散射光强。实用的角度，这种浓度应生成最低光强为10，000cp/s（10 kcps），这样才能超过分散剂的散射。作为一个指导，水的散射光强应超过10kcp的，甲苯的应超过100kcps。 最大浓度 对小粒径的样品，最大浓度实际上不存在（以进行动态光散射（DLS）测量的术语来说）。 但实际，样品的性质本身会决定此最大值。例如，样品可能有以下性质：

实验7.zeta电位实验

实验7 Zeta 电位法测蛋白质的等电点 实验目的 1. 掌握zeta 电位的测试原理方法以及zeta 电位仪的使用。 2. 掌握通过zeta 电位测量蛋白质等电点的方法。 实验原理 分散于液相介质中的固体颗粒，由于吸附、水解、离解等作用，其表面常常是带电荷的。Zeta 电位是描述胶粒表面电荷性质的一个物理量，它是距离胶粒表面一定距离处的电位。若胶粒表面带有某种电荷，其表面就会吸附相反符号的电荷，构成双电层[1]。在滑动面处产生的动电电位叫作Zeta 电位，这就是我们通常所测的胶粒表面的(动电)电位。 蛋白质是两性电解质。蛋白质分子中可以解离的基团除N ―端α―氨基与C ―端α―羧基外，还有肽链上某些氨基酸残基的侧链基团，如酚基、巯基、胍基、咪唑基等集团，它们都能解离为带电基团。因此，在蛋白质溶液中存在着下列平衡： C COOH H R NH 3+-C H R NH 3COO --+C COO -H NH 2R 阳离子 两性离子 阴离子 pH < pI pH = pI pH > pI 调节溶液的pH 使蛋白质分子的酸性解离与碱性解离相等，即所带正负电荷相等，净电荷为零，此时溶液的pH 值称为蛋白质的等电点。

图1. PH值对BSA的zeta电位的影响（0.1mol / L NaCl溶液）[2] 等电点是蛋白质的一个重要性质，本实验旨在通过测定不同pH下1mg/ml 的牛血清白蛋白(BSA)溶液的zeta电位，用zeta电位值对pH作图(如图1)，对应于zeta电位为零的pH即为牛血清白蛋白(BSA)的等电点。 实验仪器及试剂： ZetaPALS型Zeta电位及纳米粒度分析仪，比色皿，钯电极，牛血清白蛋白(BSA)，柠檬酸，柠檬酸钠，去离子水。 实验步骤： 1.配制pH值分别为3.0，4.2，5.4，6.6的0.1mol/L柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液 溶液脱气后，再加入BSA充分溶解。 2.打开仪器后面的开关及显示器。 3.打开BIC Zeta potential Analyzer(水相体系)/BIC PALS Zeta potential Analyzer(有机相)程序，选择所要保存数据的文件夹(File-Database-Create Flod 新建文件夹，File-Database-双击所选文件夹-数据可自动保存在此文件夹)，待机器稳定15-20min后使用。 4.待测溶液配制完成后需放置一段时间进行Zeta电位测试，将待测液加入比色 皿1/3高度处，赶走气泡，钯电极插入溶液中，拿稳钯电极上端和比色皿下端，不要让两者脱离，连上插头，关上仪器外盖，则开始实验。(AQ-961钯电极用于pH为2-12的水相体系，SR-482钯电极用于有机相和pH为1-13的水相体系，钯电极可在溶液中浸润一会儿)。

Zeta电位及粒度分析仪使用操作规程讲课讲稿

ZetaPALS型Zeta电位及粒度分析仪使用操作规程 —美国Brookhaven公司 粒度测定： 1 打开仪器后面的开关及显示器。 2 打开BIC Particle Sizing Software程序，选择所要保存数据的文件夹（File—Datebase—Create Fold新建文 件夹；File—Datebase—双击所选文件夹—数据可自动保存在此文件夹），待机器稳定15~20分钟左右后使用。 3 待测溶液经过离心或过滤处理后，将待测溶液加入比色皿（水相用塑料，有机相用玻璃）中，盖上比色 皿盖，插入样品槽，关上黑色盖子和仪器外盖。 4 点程序界面parameters，对测量的参数进行设置：Sample ID 输入样品名；Runs扫描遍数；Temp.设置温 度(5-70℃)；Liquid选择溶剂（Unspecified是未知液，可输入Viscosity 和Ref.Index值，可以查文献，其中Ref.Index可由阿贝折射仪测得）；Angle在90°不能改；Run Duration是扫描时间，一般2min，观察程序界面左上角Count Rate如小于20Kcps，则延长测量时间（5min或更长）。 5 Start开始测量。 6 数据分析：程序界面左上角Effective Diameter是直径，Polydispersity是多分散系数（<0.02是单分散体 系，0.02-0.08是窄分布体系，>0.08是宽分布体系），Avg. Count Rate是光强；右上角Lognomal可得到对数图，MSD是多分布宽度，Corr.Funct.是相关曲线图（非常重要，数据可信度参考相关曲线图，测量基线要回归到计算基线上）；点击Zoom可选择Intensity、Volume、Surface Area和Number，一般是选择Intensity；点击Lognomal Summary—Copy for Spreadsheet可拷贝数据，点击Copy to Cliboard可将图拷贝到写字板。程序左下角的Copy to Cliboard也可将图拷贝到写字板，Turn Dust Filter Off是数据保有率。 7 关闭仪器和显示屏；靠数据找老师拿专用优盘 注意事项： 1. 一般来说，样品测量范围1nm～6μm，浓度体积比≤0.5%（最好0.1%，保证Count Rate不超过800Kcps）， 体积1.5～3mL，测量时间1～2min/Run。 2. 样品放入样品池后需要在仪器中稳定5min左右。 3. 实验后及时清理样品仓，还原所使用附件。比色皿冲洗后可重复利用。 4. 在点击Datebase时不要误点到Rebuild Database File Index，如不小心点到，在弹出的对话框中点击cancel。 5. 不能判断浓度时，可点击Setup—Incident Power Settings—Maximize Incident Power Now，Avg. Count Rate

Zeta电位及其测定方法

Zeta电位及其测定方法 Zeta电位（Zeta potential），又叫电动电位或电动电势（ζ电位或ζ电势），是指滑动面(Shear Plane)的电位。它是表征胶体分散系稳定性的重要指标。目前测量Zeta电位的方法主要有电泳法、电渗 1、Zeta电位及Stern模型 1.1胶体双电层理论、胶团结构： 胶体粒子间的静电排斥力减少相互碰撞的频率,使聚结的机会大大降低,从而增加了相对的稳定性。当固体与液体接触时,可以是固体

从溶液中选择性吸附某种离子,也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液,以致使固液两相分别带有不同符号的电荷,在界面上形成了双电层的结构。 对于双电层的具体结构,最早于1879年Helmholz(亥姆霍兹)提出平板型模型;1910年Gouy和1913年Chapmar修正了平板型模型,提出了扩散双电层模型;后来Stern又提出了Stern模型。 1.1.1亥姆霍兹平板型模型 亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷的(即反离子)构成平行的两层,如同一个平板电容器。整个双电层厚度为汉固体表面与液体内部的总的电位差即等于热力学电势仰,在双电层内,热力学电势呈直线下降。在电场作用下,带电质点和溶液中的反离子分别向相反方向运动。该模型过于简单,由于离子热运动,不可能形成平板电容器也不能解释带电质点的表面电势仰与质点运动时固液两相发生

相对移动时所产生的电势差—Zeta电势(电动电势)的区别,也不能解释电解质对Zeta电势的影响等。 1.1.2扩散双电层模型 Gouy(古依)和Chapman(查普曼)认为,由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果,溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近,相距约一、二个离子厚度称为紧密层;另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中,离子的分布可用玻兹曼公式表示,称为扩散层。双电层由紧密层和扩散层构成。移动的切动面为AB面。Gouy一ChaPman理论虽然考虑到了静电吸引力和热运动力的平衡,但是它没有考虑到固体表面上的吸附作用,尤其是特殊的吸附作用。 1.1.3 Stern模型 1924年Stern(斯特恩)对扩散双电层模型作进一步修正。该模型认为溶液一侧的带电层应分为紧密层和扩散层两部分。他认为固体表面因静电引力和范德华引力而吸引一层反离子，紧贴固体表面形成一

380 ZLS zeta电位等电点测试应用案例

PSS仪器用于咖啡伴侣的等电点测试分析 等电点可以通过滴定样品PH值，再用Nicomp 380 ZLS 记录Zeta电位，Zeta电位为0时的PH值就是等电点。 应用案例： 将奶精粉与去离子水以0.1g：100 mL混合。样品置于磁力搅拌盘内一直搅拌，并插入一个全新的PH 探针。 随着0.1N 的盐酸加入，PH会发生改变。当PH稳定后用注射器移取样品到Zeta电位测量池。测量三次取其平圴值，与相对应的PH值作图，如下所示： 此次研究中奶精粉悬浮液的等电点为PH 4.26 Nicomp 380 ZLS 不仅仅可以测量蛋白质的粒径还可以测量等电点(IEP) 我们将从Sigma Aldrich 公司购得的牛血清白蛋白与去离子水以1：100稀释 表A 显示了粒子平均体积加权平均值为5.5nm，同时也显示有25nm的粒子检测出。 Figure AFigure B 为了确定它的等电点（IEP），我们加了0.1M的KOH并用0.01M HCl滴定到PH为3.75。表B 显示了测量的电位结果，从图中我们可以知道等电点（IEP）为pH 5.07

Isoelectric Point (IEP) Test PSS仪器用于等电点测试案例分析 Zeta 电位是测量粒子的表面电荷。Zeta 电位是分散体系化学表面系数的表征，受PH、盐分及表面活性剂的浓度影响。当PH处在等电点的时候，此时Zeta 电位值为0，意味着粒子表面没有电荷。确定分散体系的等电点有助于分析体系是否稳定，鉴定粒子表面起主要作用的化学物质。测试等电位(IEP)在以下情况有很大帮助： ·确定分散体系稳定的最佳条件 ·鉴定一个复杂粒子表面起主要作用的化学物质。 ·等电位(IEP)对分散体系储存及胶体电泳等化学进程至关重要。 等电位(IEP) 可以通过PH值滴定样品再使用Nicomp 380 ZLS根据其PH 测出其Zate电位值。例如乳剂和蛋白质都可以使用Nicomp 380 ZLS 获得其等电位(IEP)。

ZETA电位分析仪操作规范

ZETA电位分析仪操作规范 1、打开zeta电位仪主机，启动电脑，进入控制程序窗口ZetaProbe Main Panel； 2、PH探针校正：将PH计放入缓冲液中边搅动，点zeta电位仪主机控制面板上Calibrate→PH→Acid/Neutral/Base→调节PH值到标准值（右下旋钮）→Acid Set/Neutral Set/Base Set； 3、电导率校正：将标准液倒入容器中盖好，调节转速~100r/min，点zeta电位仪主机控制面板上Calibrate→Cond→Cell K→调节Cond值到标准值（右下旋钮）→Cell Set； 4、主探头校正：将KSiW溶液倒入容器内盖好，调节转速~100r/min，点菜单Calibrate，进入Calibrate ZetaProbe窗口，点Calibrate，即自动运行； 5、将被测粉体配制成一定浓度的悬浮液，要求液面高度在容器的两条线之间（250~280ml），调节转速进行搅拌； 6、按照《ZetaProbe TM使用说明书》进行zeta电位等测试。注意测试前按要求输入正确的颗粒和溶液性质参数； 7、保存所创文件（包括实验数据、参数等），关机。 注意事项 1、若要进行酸碱滴定测等电点或测PH值，则每次实验前须校正PH探针；若要测试溶液电导率，则须校正电导率。主探头可每周校正一次； 2、每次更换样品均需清洗主探头、PH探针以及容器，最好擦干，以免前面残留粉末影响实验结果； 3、实验结束后要彻底清洗主探头、PH探针和容器，并将PH探针放回酸性缓冲液中； 4、若进行酸碱滴定则每次关机前需将酸碱滴定管清洗3~5次。

Zeta电位及其测定方法

Zeta电位及其测定方法 ±10 ±30 ±40 1、Zeta电位及Stern模型 1.1胶体双电层理论、胶团结构： 胶体粒子间的静电排斥力减少相互碰撞的频率,使聚结的机会大大降低,从而增加了相对的稳定性。当固体与液体接触时,可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子,也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液,以致使固液两相分别带有不同符号的电荷,在界面上形成了双电层的结构。

对于双电层的具体结构,最早于1879年Helmholz(亥姆霍兹)提出平板型模型;1910年Gouy和1913年Chapmar修正了平板型模型,提出了扩散双电层模型;后来Stern又提出了Stern模型。 1.1.1亥姆霍兹平板型模型 亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷的(即反离子)构成平行的两层,如同一个平板电容器。整个双电层厚度为汉固体表面与液体内部的总的电位差即等于热力学电势仰,在双电层内,热力 学电势呈直线下降。在电场作用下,带电质点和溶液中的反离子分别向相反方向运动。该模型过于简单,由于离子热运动,不可能形成平板电容器也不能解释带电质点的表面电势仰与质点运动时固液两相发 生相对移动时所产生的电势差—Zeta电势(电动电势)的区别,也不能解释电解质对Zeta电势的影响等。 1.1.2扩散双电层模型 Gouy(古依)和Chapman(查普曼)认为,由于正、负离子静电吸引

和热运动两种效应的结果,溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近,相距约一、二个离子厚度称为紧密层;另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中,离子的分布可用玻兹曼公式表示,称为扩散层。双电层由紧密层和扩散层构成。移动的切动面为AB面。Gouy一ChaPman理论虽然考虑到了静电吸引力和热运动力的平衡,但是它没有考虑到固体表面上的吸附作用,尤其是特殊的吸附作用。 1.1.3 Stern模型 1924年Stern(斯特恩)对扩散双电层模型作进一步修正。该模型认为溶液一侧的带电层应分为紧密层和扩散层两部分。他认为固体表面因静电引力和范德华引力而吸引一层反离子，紧贴固体表面形成一个固定的吸附层，这种吸附称为特性吸附，这一吸附层（固定层）称为Stern层（见上图）。Stern层由被吸附离子的大小决定。吸附反离子的中心构成的平面称为Stern面。滑动面是比Stern面厚的一个曲折曲面，滑动面由Stern层和部分扩散层构成。由Stern面到溶液

ZETA电势测试

Vibration potential imaging: mechanism of voltage production and frequency dependence Cuong Nguyen,Shougang Wang1,and Gerald Diebold* Department of Chemistry,Brown University,Providence,RI,01912? Imaging with the ultrasonic vibration potential is based on voltage generation by a colloidal or ionic suspension in response to the passage of ultrasound.The polarization within a body arising from the oscillatory displacement in the ultrasonic?eld produces a current in a pair of external electrodes that is measured as a function of time or frequency.Existing theory gives the current in the electrodes as arising from both a time varying polarization and ionic conduction.Here, experiments are reported that show that the production of the polarization current is the dominant mechanism for current generation in soft tissue.Experiments are also reported giving the frequency dependence of the ultrasonic vibration current in canine blood and in several dilutions of aqueous silica suspensions. Keywords:imaging,ultrasound,vibration potential Introduction The ultrasonic vibration potential refers to the gener-ation of a time dependent polarization when ultrasound traverses a colloidal or ionic solution[1—4].In the case of the former,the oscillatory motion of the?uid causes distortion of the normally spherical charge distribution surrounding individual colloidal particles resulting in the formation of a dipoles at the sites of the colloidal par-ticles.Over one half wavelength of the ultrasound,the ?Electronic address:Gerald_Diebold@https://www.sodocs.net/doc/1e7145258.html, dipoles add coherently to yield a macroscopic polariza-tion that can be detected with a pair of electrodes ei-ther as an alternating voltage or a current.For imaging a colloidal object within a body,the body is equipped with a pair of external electrodes attached to a sensitive current ampli?er.Images can be constructed by record-ing the current in the circuit as a beam of ultrasound is propagated into the body[5—7].To date,imaging with the vibration potential has focused on frequency domain methods where the phase and amplitude of the current in the external circuit is measured in an experimental arrangement shown schematically in Fig. 1.However,

Zeta电位测量

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量 前言：Zeta电位是纳米材料的一种重要表征参数。现代仪器可以通过简便的手段快速准确地测得。大致原理为：通过电化学原理将Zeta电位的测量转化成带电粒子淌度的测量，而粒子淌度的测量测是通过动态光散射，运用波的多普勒效应测得。 1.Zeta电位与双电层（图1） 粒子表面存在的净电荷，影响粒子界面周围区域的离子分布，导致接近表面抗衡离子（与粒子电。荷相反的离子）浓度增加。于是，每个粒子周围均存在双电层。围绕粒子的液体层存在两部分：一是内层区，称为Stern层，其中离子与粒子紧紧地结合在一起；另一个是外层分散区，其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。在分散层内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时（如由于重力），在此边界内的离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。这个边界称为流体力学剪切层或滑动面（slippingplane）。在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。 2.Zeta电位与胶体的稳定性（DLVO理论） 在1940年代Derjaguin, Landau, Verway与Overbeek 提出了描述胶体稳定的理论，认为胶体体系的稳定性是当颗粒相互接近时它们之间的双电层互斥力与范德瓦尔互吸力的净结果。此理论提出当颗粒接近时颗粒之间的能量障碍来自于互斥力，当颗粒有足够的能量克服此障碍时，互吸力将使颗粒进一步接近并不可逆的粘在一起。（图2） Zeta电位可用来作为胶体体系稳定性的指示： 如果颗粒带有很多负的或正的电荷,也就是说很高的Zeta电位,它们会相互排斥,从而达到整个体系的稳定性；如果颗粒带有很少负的或正的电荷,也就是说它的Zeta电位很低,它们会相互吸引,从而达到整个体系的不稳定性。 一般来说, Zeta电位愈高,颗粒的分散体系愈稳定，水相中颗粒分散稳定性的分界线一般认为在+30mV或-30mV，如果所有颗粒都带有高于+30mV或低于-30mV的zeta电位,则该分散体系应该比较稳定 3.影响Zeta电位的因素 分散体系的Zeta电位可因下列因素而变化: A. pH 的变化 B. 溶液电导率的变化 C. 某种特殊添加剂的浓度,如表面活性剂,高分子 测量一个颗粒的zeta势能作为上述变量的变化可了解产品的稳定性，反过来也可决定生成絮凝的最佳条件。 3.1 Zeta电位与pH（图3） 影响zeta电位最重要的因素是pH，当谈论zeta电位时，不指明pH根本一点意义都没有。 假定在悬浮液中有一个带负电的颗粒； 假如往这一悬浮液中加入碱性物质，颗粒会得到更多的负电； 假如往这一悬浮液中加入酸性物质，在一定程度时，颗粒的电荷将会被中和； 进一步加入酸，颗粒将会带更多的正电。