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(guān)鍵分析儀器。其核心原理基于電泳現(xiàn)象，通過施加電場使帶電顆粒在分散介質(zhì)中發(fā)生定向移動，利用激光多普勒測速等技術(shù)精確測量顆粒的電泳遷移率，再依據(jù)相關(guān)理論模型計算出zeta電位值。該參數(shù)直接反映了顆粒間靜電排斥作用的強(qiáng)弱，是評估膠體穩(wěn)定性、預(yù)測分散體系絮凝或凝聚趨勢的重要指標(biāo)。儀器廣泛應(yīng)用于納米材料、生物醫(yī)藥、涂料、水處理及食品化工等領(lǐng)域，為優(yōu)化產(chǎn)品配方及工藝控制提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)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(dāng)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(nèi)層(Stern層)： 反離子被緊密吸附在顆粒表面。
 

　　外層(擴(kuò)散層)： 反離子由于熱運動而擴(kuò)散分布，濃度隨距離顆粒表面變遠(yuǎn)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(dāng)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(kuò)散層之內(nèi)。
 

　　zeta電位的意義：
 

　　膠體穩(wěn)定性的直接指標(biāo)： zeta電位絕對值越高，顆粒間靜電排斥力越強(qiáng)，體系越穩(wěn)定，不易發(fā)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(fā)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(tài)的一個重要參數(shù)。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(guān)系，來測量顆粒的zeta電位。該公式基于電雙層理論，并假設(shè)顆粒具有均勻分布的電荷。當(dāng)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(shù)值。
 

　　它的工作方式通常涉及借助激光多普勒測速技術(shù)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(yīng)，移動的顆粒會改變散射光的頻率，從而可以準(zhǔn)確測量顆粒的移動速度。最后，根據(jù)Smoluchowski公式，結(jié)合已知的測量參數(shù)，計算出zeta電位的數(shù)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(jù)Zeta電位的數(shù)值和極性，可以推導(dǎo)出顆粒的表面電荷特性，進(jìn)而評估顆粒的穩(wěn)定性和相互作用。
 

　　2、穩(wěn)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(dāng)顆粒表面帶有相同電荷時，它們會發(fā)生排斥作用，從而增加懸浮液的穩(wěn)定性。反之，當(dāng)顆粒帶有相反電荷時，它們會發(fā)生吸引作用，導(dǎo)致顆粒聚集和沉降。
 

　　3、質(zhì)量控制：可用于質(zhì)量控制過程中的顆粒表面電荷測量。通過監(jiān)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(wěn)定性的改變，從而幫助調(diào)整生產(chǎn)過程、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量。
 

　　四、應(yīng)用領(lǐng)域
 

　　1、膠體穩(wěn)定性研究：通過測量顆粒的zeta電位，可以評估膠體溶液的穩(wěn)定性。當(dāng)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(tài)。
 

　　2、藥物傳遞系統(tǒng)：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(nèi)的行為至關(guān)重要。zeta電位儀可以幫助研究人員評估納米顆粒在生物環(huán)境中的穩(wěn)定性和相互作用，以優(yōu)化藥物傳遞系統(tǒng)的設(shè)計。
 

　　3、涂料和油墨工業(yè)：在涂料和油墨生產(chǎn)中，理解顆粒間的相互作用對于產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)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(diào)整涂料和油墨的流動性、分散性和穩(wěn)定性。
 

　　4、礦物學(xué)和石油工業(yè)：在礦物學(xué)和石油工業(yè)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(tuán)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(qiáng)度：過高電場可能導(dǎo)致顆粒變形或電荷中和。
 

　　六、核心應(yīng)用場景??
 

　　??1. 納米材料穩(wěn)定性設(shè)計??
 

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

　　??關(guān)鍵操作??：pH滴定確定等電點(IEP)，指導(dǎo)表面修飾劑(如硅烷偶聯(lián)劑)用量。
 

　　??2. 生物醫(yī)藥制劑開發(fā)??
 

　　??mRNA-LNP疫苗??：優(yōu)化Zeta電位至+2~+10 mV，增強(qiáng)細(xì)胞攝取效率；
 

　　??抗體藥物??：|ζ| < 10 mV時觸發(fā)聚集預(yù)警(加速穩(wěn)定性試驗驗證)。
 

　　??3. 工業(yè)過程控制??
 

　　??水處理??：絮凝劑添加后Zeta電位趨近0 mV(膠體脫穩(wěn)臨界點)，優(yōu)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(yù)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(tǒng)??：負(fù)電荷脂質(zhì)體(ζ ≈ -35 mV)增強(qiáng)皮膚滲透率。