zeta電位儀：一種粒子表面電荷測量儀器

　　zeta電位儀是用于測定膠體分散體系中顆粒表面電荷特性的關鍵分析儀器。其核心原理基于電泳現象，通過施加電場使帶電顆粒在分散介質中發生定向移動，利用激光多普勒測速等技術精確測量顆粒的電泳遷移率，再依據相關理論模型計算出zeta電位值。該參數直接反映了顆粒間靜電排斥作用的強弱，是評估膠體穩定性、預測分散體系絮凝或凝聚趨勢的重要指標。儀器廣泛應用于納米材料、生物醫藥、涂料、水處理及食品化工等領域，為優化產品配方及工藝控制提供關鍵數據支撐。
 

　　一、 什么是zeta電位？
 

　　在深入了解儀器之前，必須先理解zeta電位的概念。
 

　　當固體顆粒與液體接觸時，其表面會由于電離、離子吸附或溶解等原因而帶電。為了維持電中性，液體中帶相反電荷的離子(反離子)會被吸引到顆粒周圍，形成所謂的“雙電層”。
 

　　雙電層包括兩部分：
 

　　內層(Stern層)： 反離子被緊密吸附在顆粒表面。
 

　　外層(擴散層)： 反離子由于熱運動而擴散分布，濃度隨距離顆粒表面變遠而逐漸降低。
 

　　zeta電位 定義為顆粒的滑動面 上的電勢。滑動面是當顆粒在液體中運動時，隨顆粒一起移動的流體邊界與靜止流體之間的假想面。它位于Stern層之外，擴散層之內。
 

　　zeta電位的意義：
 

　　膠體穩定性的直接指標： zeta電位絕對值越高，顆粒間靜電排斥力越強，體系越穩定，不易發生聚集或沉淀。
 

　　反之， zeta電位絕對值越低，排斥力越弱，顆粒越容易相互靠近并通過范德華力發生聚集沉淀。這個零點被稱為等電點。
 

　　二、基本原理和工作方式
 

　　zeta電位是表征粒子表面電荷狀態的一個重要參數。zeta電位儀通過運用著名的Smoluchowski公式，即zeta電位與顆粒在電場中移動速度之間的關系，來測量顆粒的zeta電位。該公式基于電雙層理論，并假設顆粒具有均勻分布的電荷。當施加電場時，顆粒會受到電場力的作用而移動，其速度與zeta電位呈正比。通過測量顆粒的移動速度，可以計算出zeta電位的數值。
 

　　它的工作方式通常涉及借助激光多普勒測速技術來測量顆粒的移動速度。首先，懸浮顆粒被注入到一個透明的測量池中，并施加外加電場。然后，通過激光束照射到顆粒上，利用散射粒子的多普勒頻移來測量其速度。由于多普勒效應，移動的顆粒會改變散射光的頻率，從而可以準確測量顆粒的移動速度。最后，根據Smoluchowski公式，結合已知的測量參數，計算出zeta電位的數值。
 

       三、主要工作特點：

 

　　1、粒徑分析：可以通過測量懸浮液中顆粒的電動勢，計算得出顆粒的zeta電位。根據Zeta電位的數值和極性，可以推導出顆粒的表面電荷特性，進而評估顆粒的穩定性和相互作用。
 

　　2、穩定性評估：通過測量zeta電位，可以獲得懸浮液中顆粒之間的相互作用信息。當顆粒表面帶有相同電荷時，它們會發生排斥作用，從而增加懸浮液的穩定性。反之，當顆粒帶有相反電荷時，它們會發生吸引作用，導致顆粒聚集和沉降。
 

　　3、質量控制：可用于質量控制過程中的顆粒表面電荷測量。通過監測Zeta電位的變化，可以及時檢測到顆粒表面電荷的變化和懸浮液穩定性的改變，從而幫助調整生產過程、改進產品質量。
 

　　四、應用領域
 

　　1、膠體穩定性研究：通過測量顆粒的zeta電位，可以評估膠體溶液的穩定性。當顆粒表面帶有電荷時，相互之間的靜電排斥作用能夠阻止顆粒的聚集和沉降，從而保持溶液的分散狀態。
 

　　2、藥物傳遞系統：在藥物傳遞和納米藥物載體研究中，了解顆粒表面電荷對其在生物體內的行為至關重要。zeta電位儀可以幫助研究人員評估納米顆粒在生物環境中的穩定性和相互作用，以優化藥物傳遞系統的設計。
 

　　3、涂料和油墨工業：在涂料和油墨生產中，理解顆粒間的相互作用對于產品質量至關重要。通過測量zeta電位，可以評估顆粒之間的靜電相互作用，從而調整涂料和油墨的流動性、分散性和穩定性。
 

　　4、礦物學和石油工業：在礦物學和石油工業中，了解顆粒表面電荷的特性對于理解沉積過程、浮選行為以及油水。
 

　　五、實驗注意事項
 

　　1、樣品制備：需充分分散，避免團聚。
 

　　2、溫度控制：溫度波動可能影響Zeta電位值，建議恒溫測量。
 

　　3、電場強度：過高電場可能導致顆粒變形或電荷中和。
 

　　六、核心應用場景??
 

　　??1. 納米材料穩定性設計??
 

　　??案例??：二氧化鈦(TiO?)納米顆粒在|ζ| > 30 mV時分散穩定，防止光催化活性衰減；
 

　　??關鍵操作??：pH滴定確定等電點(IEP)，指導表面修飾劑(如硅烷偶聯劑)用量。
 

　　??2. 生物醫藥制劑開發??
 

　　??mRNA-LNP疫苗??：優化Zeta電位至+2~+10 mV，增強細胞攝取效率；
 

　　??抗體藥物??：|ζ| < 10 mV時觸發聚集預警(加速穩定性試驗驗證)。
 

　　??3. 工業過程控制??
 

　　??水處理??：絮凝劑添加后Zeta電位趨近0 mV(膠體脫穩臨界點)，優化絮凝效率；
 

　　??陶瓷漿料??：|ζ| > 40 mV時黏度降低50%，保障注塑成型流動性。
 

　　??4. 食品與化妝品??
 

　　??乳液貨架期預測??：O/W乳液ζ < -25 mV或W/O乳液ζ > +25 mV可儲存>12個月；
 

　　??透皮給藥系統??：負電荷脂質體(ζ ≈ -35 mV)增強皮膚滲透率。