科普连载二—— Zeta电位测量技术的进展
Zeta电位是反映悬液中颗粒表面带电性质的重要参数，对乳液、凝胶、悬液等体系稳定性研究有重要指导意义。那如何测量悬液中颗粒的Zeta电位呢？现在市面上有很多种技术都可以实现电位测试，比如动态图像电泳法、超声波电泳技术等，但相对最为成熟的方法还是电泳光散射技术，其主要测试原理如下：
图1. 颗粒的电泳和Henry方程
我们知道，对于一个带电的颗粒，如果我们将其置于一个已知强度的电场中，由于电场力的存在，带电粒子就会在电场中进行电泳运动，其中正电荷往负极走，负电荷往正极走。根据Henry方程，在单位电场条件下，颗粒的电泳迁移率将会直接正比于颗粒的Zeta电位。换句话说，只要能够准确测量带电粒子在电场中移动的速度，就可以通过Henry方程得到颗粒的Zeta电位。但对于微观颗粒其尺寸非常小，移动速度又相对较慢，因此常规的测试方法要想准确测得颗粒的移动速度将会面临较大挑战，而电泳+光散射的方式，则恰恰可以较好地解决这个问题。根据光学多普勒效应，一束光照射到一个移动的物体上，散射光的频率将会发生变化，物体移动越快，则反射波频率变化越大，通过测量散射光频率的变化，即可得到颗粒的移动速度，从而计算出颗粒的Zeta电位。
图2. 多普勒效应
虽然其理论上已经相对成熟，但要真正实现Zeta电位的准确测试还是会面临很多实际问题和挑战。比如由于颗粒移动速度相对较慢，颗粒移动引起的光波频率变化只有几十到几百赫兹，而本身一束激光的频率在1014赫兹左右，这就意味着这个频率变化非常小，很难准确测到。还有待测颗粒非常小，很多都在纳米级别，这也就意味着散射光信号非常弱，而弱信号对噪音和扰动非常敏感等等。应对于这些难点和测试需求，丹东百特仪器有限公司在BeNano系列仪器中采取了一系列新的技术和设计，比如采用现在最 先 进的拍频+相位分析技术，就是来解决频率变化很小这个难题的。通过使用高灵敏度的APD雪崩光电二极管代替常规的PMT检测器来增加弱信号的灵敏度，同时各种光纤和光路补偿技术的应用极大的优化了光路稳定性，大大拓展了其应用领域和效果。
图3. 电泳光散射光路示意图
这样，一台技术先进、结果准确的Zeta电位仪器就研发出来了，但是要想真正让其发挥大的作用，实验过程和条件也缺一不可。毕竟颗粒可能悬浮在不同的液体环境中，其本身电位会受多种环境因素，比如溶液pH值、电导率、组成成分及浓度等影响，究竟有何影响，我们将在《Zeta电位的前世今生三》中揭晓。
本文收集整理自百特综合实验室 刘诗玘
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- 当静电力主导粒子之间或粒子与表面之间的相互作用时，Zeta电位是评价这些相互作用的主要系统参数。排斥需要相等的高表面电荷，而吸引力发生在没有表面电荷或带相反电荷或含有负和正域的不规则表面。
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