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      分散体系、胶体和界面物理化学已经渗透到物理化学、高分子材料、涂料工业、环境保护、新材料、微电子、生命科学、造纸、水处理、日用化工、农业土壤。选矿。制药等学科和领域，各领域中涉及胶体及各类分散体系的重要理论探讨及解决实际问题时，往往都要测定表面（界面）电性，因此表面（界面）电性的测量技术就显得及其重要。

       如今市场上有多种型号的测量zeta电位的测量仪器，进口和国产的两类。进口的仪器，价格高，测量复杂，售后服务不及时，往往不太适合国内用户。国产zeta电位测量仪器，同出一宗，都是华东师范大学化学系研制的diyi、第二、第三、第四代产品。diyi、第二、第三代产品国内还有其他厂商生产。新型的第四代产品，只有上海中晨数字技术设备有限公司生产。

八十年代初期，经过华东师范大学陈邦林等教授和专家的努力，华东师范大学化学系和上海标准计量局实验工厂（现为上海市检测技术所上立检测仪器厂）共同生产了DPW－1型双管屏幕显示微电泳仪。

稍后两家又在原有的基础上生产了第二代微电泳仪（zeta电位测定仪）。

上海市检测技术所上立检测仪器厂根据以上两种型号，生产了BDL-B型表面电位粒径仪，此型号仪器是DPW－1型和zeta电位测定仪的改进型，没有大的技术突破。属于第二代产品。

八十年代中期，华东师范大学化学系和华东师范大学科教仪器厂共同开发了WDY－3型微电泳仪，这种型号的仪器首次使用计算机控制。

九十年代初，在总结了国内外zeta电位测定仪的优缺点基础上，华东师范大学陈邦林教授提出了新的杯型开放式微电泳仪的设想。上海中晨数字技术设备有限公司根据此设想，研制开发了第四代JS94型微电泳仪，并获得国家ZL。

JS94系列微电泳仪主要特点：

1．新型简便的电泳池与内置电极经精密的微流场计算，表面处理，组成一套完全与传统电泳槽不同的电泳装置，样品用量极少，每次仅0.5ml，易于清洗，经济实用。

2．采用经过精心设计的电极支架，与电泳杯紧密配合，形成一个杯型开放式电泳装置，电极采用银、铂和钛金属制成，经表面处理后工作状态稳定。

3．采用半导体发光进场光学系统，功率仅几十瓦，不会因发热而影响测量环境和测量精度。

4．pH测量范围更大，温度自动连续采集，自动调整参数，快速计算zeta电位。

5．采用计算机多媒体技术自动连续采样储存，并能提供双向共四幅图像型进行分析计算，测试一个样品仅数秒钟。

上海中晨数字技术设备有限公司和华东师范大学化学系，通过技术攻关，研制了第四代微电泳仪。经过多年的实践和开发，已经形成多种型号，JS94H、JS94H2、JS94J和JS94J2是Z主要的型号。这些型号的微电泳仪都可以测量zeta电位，客户往往就不知道如何选取型号了。根据下表，客户可以很容易选择自己所需要的仪器。

注意：

1．如果需要测量微米级的颗粒，像水处理、造纸、选矿等行业中，水溶液体系中的颗粒在微米级的范围中，那么可以选择JS94H型微电泳仪。JS94H型微电泳Z小只能测量到0.5μm颗粒的zeta电位。

2．有些客户需要测量非水溶液中的颗粒的zeta电位，例如测量乙醇、苯等溶液中的颗粒的zeta电位，这时就需要选择高电压的JS94H2型微电泳仪。同时本仪器兼容测量水溶液体系颗粒的zeta电位。

3．科技日新月异，现在很多客户需要研究更小的微粒，这时候就要选择能观察的更小的颗粒的仪器，JS94J型就是能满足客户需要的型号，Z小能观察到100纳米的颗粒。JS94J型微电泳只能测量水溶液体系。

4．如果客户既需要观察微小颗粒，又需要测量非水体系中的颗粒的zeta电位，就需要选择高电压的JS94J2型微电泳仪。与JS94H2一样，JS94J2型也能测量水溶液体系中颗粒的zeta电位。 我公司还生产JN01型浓浆电泳仪，浓浆电泳仪可以测量较浓颗粒体系zeta电位的测量，例如测量泥浆、纸浆等的zeta电位。浓浆电泳仪基于质量转移电泳仪的原理而开发的，测试时浓浆电泳仪所需的浓度较难控制，测量过程较长，测试过程复杂，测量的样品所需量较多。适合专业人士进行科学研究使用。其实很多样品经过稀释后，完全可以使用JS94系列的仪器来测量zeta电位。

（来源：上海中晨数字技术设备有限公司）

BeNano 90 Zeta 纳米粒度及 Zeta 电位仪

——90°散射粒度 + Zeta 电位二合一型

  仪 器 简 介

  BeNano 90 Zeta 纳 米 粒 度 及 Zeta 电 位 仪 是 BeNano 90 +BeNano Zeta 二合一的光学检测系统。该系统中集成了动态光散 DLS、电泳光散射 ELS 和静态光散射技术 SLS，可以准确的检测颗粒的粒径及粒径分布，Zeta 电位，高分子和蛋白体系的分子量信息等参数，可广泛的应用于化学、化工、生物、制药、食品、材料等领域的基础研究和质量分析与控制。

指标与性能

粒径测试

• 粒径范围：0.3 nm – 15 μm*

• 样品量：3 μL – 1 mL*

• 检测角度：90 ° & 12°

• 分析算法：Cumulants、通用模式、CONTIN

Zeta 电位测试

• 技术：相位分析光散射

• 检测角度：12°

• Zeta 范围：无实际限制

• 电泳迁移率范围：> ±20 μm.cm/v.s

• 电导率范围：0 – 260 mS/cm

• 最小样品量：0.75 mL – 1.0 mL

• Zeta 测试粒径范围：2 nm – 110 μm

  分子量测试

• 分子量范围：342 Da – 2 x 10 7 Da*

  
  

  趋势测量

• 模式：时间和温度

  
  

  粘度测试

• 粘度范围：0.01 cp – 100 cp*

  
  

  系统参数

• 温控范围：-10° C - 110° C，精度 ±0.1° C

• 激光光源：50 mW 高性能固体激光器， 671 nm

• 相关器：最多 4000 通道，1011 动态线性范围

• 检测器：APD ，高性能雪崩光电二极管

• 光强控制：0.0001% - 100%，手动或自动

  *取决于样品和选件

原理图

仪器检测

检测参数

• 颗粒体系的光强、体积、面积和数量分布

• 颗粒体系的 Zeta 电位及其分布

• 分子量

• 分布系数 PD.I

• 扩散系数 D

• 流体力学直径 D H

• 颗粒间相互作用力因子 k D

• 溶液粘度

  检测技术

• 动态光散射

• 电泳光散射

• 相位分析光散射
  

• 静态光散射

新冠肺炎疫情继续在蔓延，

截止目前为止，

新冠肺炎确诊超100万例，

60多国宣布进入紧急状态。

       新冠病毒并不是一个公平的杀手，患病致死率在不同患病人群中差异很大,年老或患有其他疾病会增加新冠肺炎的致死风险；自身免疫在对抗新冠肺炎中起到相当重要的作用，日常饮用水也直接影响了人体的免疫系统，保证饮用水的安全，提高自身免疫。

       作为表面电荷标志的Zeta电位, 可以帮助预测和监控过滤材料的效率。

       便携水的生产需要有效低耗的饮用水处理技术。基于硅藻土（DE）所制备的深层过滤装置被广泛应用于细菌滤除。

       细菌无法穿透微孔DE过滤器中的孔洞，然而只有其大小十分之一的病毒很容易穿透过滤器危害人体健康。这时只能通过过滤器孔洞表面对病毒的静电吸引作用除去这种污染。

       DE过滤器和许多普通的病毒表面在通常pH值的水中均带负电。由于它们之间的静电排斥作用，病毒很容易通过DE过滤器的微孔。

       在DE过滤器表面修饰一层类似于ZrO₂的重金属氧化物可将过滤器表面的等电点（IEP）移到更高的pH值。  

       这一变化可由未处理的DE陶瓷过滤器和表面有Zr(OH)x涂层的DE过滤器表面的Zeta电位与pH关系得到。图中所显示的是具有代表性的MS2噬菌体的IEP。

       表面经过修饰的过滤器表面和污染物所带电荷相反，因此后者可以被有效除去。

       安东帕固体表面Zeta电位仪，可对宏观固体进行全自动 Zeta 电位分析，Zeta 电位与固体/液体界面的表面电荷有关，是理解表面特征以及开发专用新材料的关键参数。自动 pH 扫描及吸附动力学时间依赖性记录可帮助人们深入了解表面化学。

       表面分析是在技术和生物应用中验证新材料的重要方法。表面电荷分析能够让用户密切监控纳米级微粒至大型晶圆的表面化学变化。

       安东帕作为宏观固态样品和水溶液之间界面的zeta 电位分析的xian驱，一直以来对电动分析仪的研发，已经将表面 zeta 电位技术从专业方法转变为日常应用的工具。

       深入了解在接近周围条件下材料表面处理以及材料表面与自然环境的相互作用造成的差异。通过使用可在各种应用下进行 zeta 电位测量的安东帕仪器，帮助优化现有产品，并开发新产品。

一、Zeta电位的概念

Zeta电位是一个表征分散体系稳定性的重要指标。粒子表面存在的净电荷，影响粒子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。根据Stern双电层理论可将双电层分为两部分，即内层区和外层分散区（又称Stern层和扩散层）。在内层区离子与粒子紧紧地结合在一起；在外层分散区，离子不那么紧密的与粒子相吸附。在分散区内，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会随着粒子运动。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。

上述描述用通俗的语言表述就是：带电颗粒吸附分散系中的反相电荷的粒子，颗粒表面的离子被强力束缚，距离较远的离子则形成一个相对松散的电子云，电子云的内外电位差就叫Zeta电位。Zeta电位也称电动电位（只有当胶体颗粒在介质中运动时才会表现出来），实际上就是扩散层的电位差。

二、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:

1. pH 的变化

2. 溶液（分散剂）电导率的变化

3. 特殊添加剂及其浓度

Zeta电位与pH值

影响zeta电位重要的因素是pH值，当谈论zeta电位时不指明pH值没有意义。假设悬浮液中有一个带负电的颗粒，往这一悬浮液中加入碱性物质，颗粒更难以得到正电。如果往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。用Zeta电位与pH值作相关曲线图，在低pH值点将是正的，在高pH值点将是负的，曲线有一点会通过零zeta电位，这一点称为等电点，是相当重要的一点，通常在这一点胶体是不稳定的。电位滴定法可用于测定样品的等电点。电位滴定图可以显示Zeta电位与pH值之间的关系变化。它说明可以通过酸或碱的调节，可以优化胶体产品的运输和储存。

Zeta电位与分散剂电导率（离子强度）

双电层的厚度与溶液中的离子浓度有关，可根据介质的离子强度进行计算，离子强度越高，双电层愈压缩。例如：对于表面带负电荷的纳米颗粒，当加入大量NaCl、CaCl2等电解质时，电解质中与反离子相同的电荷的排斥作用把更多反离子压入滑动面，导致纳米颗粒的带电量变小，Zeta电位绝对值变小更容易导致团聚。离子的化合价也会影响双单层的厚度，三价离子(Al3+)将会比单价离子(Na+)有更多的双电层压缩。

无机离子可有两种方法与带电表面相作用：

A、非选择性吸附.对于等电点没有影响

B、选择性吸附.会改变等电点

即使很低浓度的选择性吸附离子,也会对Zeta电位有很大的影响，有时选择性吸附离子甚至会造成颗粒从带负电变成带正电,从带正电变成带负电。

Zeta电位与添加剂浓度

特殊的添加剂会对胶体的zeta电位产生影响。研究不同的添加剂浓度对胶体zeta电位的影响，可以为研发稳定配方的产品提供科学依据。

备注：以上论述都是建立在相对简化的体系上的，并不是认定pH和电导率（离子强度）都是越大越好或者越小越好。只是讨论了一个趋势，以供大家分析问题时作为参考。

三、Zeta电位的测量

由上图的Henry方程可以看出，Zeta电位与电泳淌度之间由Henry方程关联，只要测得粒子的淌度，查到介质的粘度、介电常数等参数，就可以求得Zeta电位。开始测量粒子淌度时，是在分散体系两端加上电压，用显微装置观测。这种方法逐渐由现代仪器取代。

动态散射光纳米粒度仪检测zeta电位的大致原理为：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，而粒子淌度的测量则是通过动态光散射，运用入射光波的多普勒效应测得。

多普勒效应测量原理：用波照射运动着的物体,运动物体反射或散射波,由于存在多普勒效应,反射或散射波将产生多普勒频移,利用产生频移的波与本振波进行混频再经过适当的电子电路处理即可得到运动物体的运动速度.。因此，在电场作用下运动的粒子，当激光打到粒子上时，散射光频率会有变化。散射光与参考光叠加后频率变化表现得更为直观，更容易观测。将光信号的频率变化与粒子运动速度联系起来，即可测得粒子的淌度，进而计算出Zeta电位。

小结：在纳米材料领域，Zeta电位之重要，主要体现在两个方面：

1、判断纳米颗粒表面电荷的性质（正负），用于指导进一步的改性、修饰等等。

2、判定、指导改善分散体系中纳米颗粒的稳定性。

Zeta电位的重要意义在于它的数值与胶态分散的稳定性相关，是对颗粒之间相互排斥或吸附的强度的度量。分子或分散粒子越小，Zeta电位的绝对值（正或负）越高，体系越稳定。当Zeta电位（正或负）越低，胶体越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力。Zeta电位与体系稳定性之间的大致关系如下表所示。

Zeta电位的主要用途之一就是研究胶体中颗粒与电解质的相互作用。由于许多胶质，特别是那些通过离子表面活性剂达到稳定的胶质是带电的，它们以复杂的方式与电解质产生作用。Zeta电位可以帮助我们了解在不同的体系中滑动层电位的变化即胶体纳米粒子表面实际带电量的多少。如果纳米颗粒整体带有电荷量少,它的Zeta电位绝对值很低，则纳米颗粒会倾向于相互吸引，从而使整个体系变得不稳定。Zeta电位的测量对了解分散机理，研究静电分散控制也非常重要。因此，在墨水染料、生物医药、纳米材料和水处理等诸多领域，Zeta电位都是非常重要的参数。