當液體中存在顆粒、液滴或膠體時,通常會形成由液體中的離子組成的雙電層。 這是因為粒子表面通常帶有對這些離子有吸引力的表面電荷。 如果粒子在液體中移動,則雙電層會隨之移動,沿所謂的滑移面,即雙電層與周圍液體的界面。 這個滑動平面上的電勢是 zeta 電勢。 Zeta 電位以毫伏為單位,通常在 -200 mV 和 + 200 mV 之間的範圍內。
示例:具有電雙層離子的水溶液中的粒子
電位層Layer | 電位 | |
1. | 表面電荷(負) | 表面電位 |
2. | 斯特恩層(Stern Layer) | 斯特恩電位(Stern Potential) |
3. | 滑動平面(剪切平面) | ζ電位(zeta電位) |
改變 Zeta 電位的影響:
當粒子帶有強正或強負 zeta 電位時,粒子之間也存在強排斥靜電相互作用。這可以防止顆粒彼此靠近並形成團塊。
根據 DLVO 理論,當粒子彼此靠近時,范德華力就會生效,這是基於偶極-偶極相互作用的。這些力量具有吸引人的作用。 zeta電位接近零時,雙電層的排斥作用小,更容易發生凝聚。
zeta 電位不是分散體穩定性的直接測量值,但它提供了對穩定性的良好預測。由於 zeta 電位的分析比穩定性測量更容易和更快,因此 zeta 電位通常用於評估分散體的質量。
改變電解質的組成和濃度會導致 zeta 電位的變化。
下圖通過五個示例性樣本可視化了效果:
(1) -20.6 mV (2) -16.8 mV (3) -9.9 mV (4) +13.9 mV (5) +15.1 mV
隨著正極聚電解質添加量的增加,樣品的粒徑也會發生變化:
(1) 紅色, (2) 綠色, (3) 黃色, (4) 藍色, (5) 紫色
影響 ZETA 電位的因素:
Zeta 電位測量一方面基於粒子特性,即材料類型和表面條件。 另一方面,它強烈依賴於分散液。 在這裡,電解質(溶解離子)的類型和濃度起著決定性的作用。
很多時候,zeta 電位是在不同的 pH 值下確定的,並且根據材料觀察到顯著的變化。 在許多情況下,隨著 pH 值的增加,zeta 電位從正值變為負值。 zeta電位為零的pH值也稱為等電點。 在這裡,很可能會發生絮凝或凝聚,因為這裡的雙電層實際上被中和了。
因此,zeta 電位測量通常與不同 pH 值下的滴定相結合。
很多時候,zeta 電位是在不同的 pH 值下確定的,並且根據材料觀察到顯著的變化。 在許多情況下,隨著 pH 值的增加,zeta 電位從正值變為負值。 zeta電位為零的pH值也稱為等電點。 在這裡,很可能會發生絮凝或凝聚,因為這裡的雙電層實際上被中和了。
因此,zeta 電位測量通常與不同 pH 值下的滴定相結合。
使用粒徑分析儀進行 ZETA 電位測量:
有多種方法可以分析 Zeta 電位。 最流行的技術是所謂的激光多普勒電泳,它也用於 Microtrac 粒子分析儀。 用於測量 zeta 電位的 Microtrac 分析儀採用動態光散射 (DLS) 技術運行,並使用與測量納米粒子相同的功率譜方法。
激光增強的檢測信號在反向散射中被檢測到,就像在尺寸測量中一樣,所施加電場的快速變化防止了電滲。 使用了兩種探針,一種用於確定粒子電荷的極性(電極),另一種用於測量粒子在電場中的遷移率(光學探針)。
在樣品池中,陽離子(正)粒子被吸引到光學探頭,陰離子(負)粒子被吸引到電極。 該分析基於確定帶電粒子在交變電場中的遷移率。
1.激電源| 2. 鐵氟龍 zeta 電池 | 3.背板電極| 4.光學探頭
激光增強的檢測信號在反向散射中被檢測到,就像在尺寸測量中一樣,所施加電場的快速變化防止了電滲。 使用了兩種探針,一種用於確定粒子電荷的極性(電極),另一種用於測量粒子在電場中的遷移率(光學探針)。
在樣品池中,陽離子(正)粒子被吸引到光學探頭,陰離子(負)粒子被吸引到電極。 該分析基於確定帶電粒子在交變電場中的遷移率。
1.激電源| 2. 鐵氟龍 zeta 電池 | 3.背板電極| 4.光學探頭
因此,Zeta 電位是通過組合佈朗運動和電場驅動運動(粒子速度)的調製功率譜分析來確定的。 Zeta 電位與遷移率成正比。 要將電泳遷移率轉換為 zeta 電位,必須考慮以下參數:介電常數和亨利係數。
文獻值可用於介電常數。 亨利係數基於雙電層厚度與粒徑的比值。 根據分散的類型,為此使用不同的模型或近似值。 對於含水系統,這將是 Smoluchowski 近似,對於非極性系統,這將是 Hueckel 近似。
兩種模型都存儲在相應的 Microtrac 粒度分析儀的評估程序中。
文獻值可用於介電常數。 亨利係數基於雙電層厚度與粒徑的比值。 根據分散的類型,為此使用不同的模型或近似值。 對於含水系統,這將是 Smoluchowski 近似,對於非極性系統,這將是 Hueckel 近似。
兩種模型都存儲在相應的 Microtrac 粒度分析儀的評估程序中。