什麼是ζ電位？- 2 : 影響ζ電位的因素



下載



 影響ζ電位的因素

 

1. pH

在水溶液中，樣品的pH值是對ζ電位最重要的因素。溶液的條件不明確時，ζ電位值實質上是無意義的。

考慮在懸浮液中帶負ζ電位值的顆粒。如果在懸浮液中加入鹼，顆粒將具有更強的負電荷。如果在懸浮液中加入酸，將達到具有中性點的狀態。如果進一步加入酸，將帶正電。因此，ζ電位與pH值之間的相互關係在低pH值下顯示正值，並在高pH值下顯示低值或負值。

也有可能出現ζ電位為0的情況。這一點被稱為等電點，是理解顆粒的重要值。

一般來說，在膠體系統中，等電點可維持最低限度的穩定性。典型的ζ電位和pH之間的關係在圖8中顯示。

 

 

 











 如此例所示，樣品的等電點約為pH 5.5。此外，可以預測在pH值低於4（如果正電荷充足）和pH值大於7.5（如果負電荷充足）的情況下的穩定性。在有pH值為4至7.5之間，ζ電位在+30到-30之間時，可能會出現分散穩定性問題。

2. 導電率

雙層的厚度由溶液中的離子濃度決定，可以根據溶液中的離子強度計算。如果離子強度大，則形成更壓縮的雙層。離子的價數也會影響雙層的厚度。
和鋁的3價離子 相比，形成更厚的雙層。無機物離子可以通過兩種方式之一影響表面電荷。

i) 當不存在影響等電點的離子吸附時

ii) 當發生特定離子對等電點有影響的吸附時，儘管濃度低，顆粒表面的特定離子吸附會對顆粒分散的ζ電位產生巨大影響。在某些情況下，特定離子吸附的電荷會發生逆轉。

3. 成分濃度

影響ζ電位成分的濃度提供了可達到最大穩定性的資訊。已知物質對樣本ζ電位的影響是一個防止沉澱的好工具。

電動效應

在顆粒表面存在電荷的結果是，這些顆粒在給定的電場中會相互作用。這種效應被定義為電動效應。由此引起的運動有四種效應。

電泳:在給定電場的影響下，懸浮液中帶電顆粒的運動

 







電滲透:在給定的電場影響下，固定帶電表面上溶液的運動

流電位:當固定電荷表面快速流動時產生電場

 



沉澱電位:當帶電顆粒沉降時產生的電場

電泳

當電搭場施加於電解質時，帶電顆粒被吸引至帶相反電荷的電極。粘性會抵制這種運動。當這兩種力達到平衡時，顆粒會達到恒定速度。這速度受到電場強度，電位差，溶劑的介電常數，溶劑的粘度，ζ電位的影響。在單位電場中的顆粒速度與電泳的遷移率有關。ζ電位是根據亨利公式定義的電泳遷移率相關的。

UE = 2 ε z f(κa)
3η

UE 是電泳遷移率，z 是ζ電位，ε 是介電常數，η 是粘度，而f(κa) 是亨利函數。
κ 的單位，由deb的定義，表示為倒數長度，κ-1 常作為雙電層的“厚度”使用。

a 是顆粒半徑，因此κa 可表示為雙電層厚度與顆粒半徑比值。在水溶液或合適電解質濃度下，進行ζ電位的電泳測量。在這種情況下，F(κa) 為1.5，這表示為Smoluchowski 面對的近似解。

根據流動性進行zig米電位的計算，即當0.2微米的顆粒在具有mol鹽的電解質中時，Smoluchowski模型是精確的。
飽和低介電溶劑的小顆粒F(κa)為1，並且簡單的計算是可能的。這被稱為Huckel 方法。

電泳速度測量

微型光變元素是具有電容差異的毛細管
當顆粒移向電極，其速度被測量，這反映出的流動性對單位區域場力的效果。

傳統方法是使用超顯微鏡來觀察和測量單個顆粒，然後根據測量的距離進行計算。此方法仍然世界各地廣泛使用，但存在一些不便之處，尤其是在顆粒小或散射不穩定時，測量需要付出大量努力。

Malvern 在 Zetasizer Nano 系列儀器中採用的技術為 M3-PALS 結合激光多普勒電泳法。
該技術使用專利的 M3-PALS 激光多普勒粘度計和相位分析光散射設備的組合。M3-PALS 方法即使對低流動性的樣品也適用，並能夠計算記事流動性的分佈。PALS 方法比傳統方法高出100倍。同時能夠測量高電導率材料並分散於非溶解物的低流動性材料，準確避免因Joule heating造成的缺陷，使用低電壓。關於激光多普勒電泳法和M3-PALS的深入討論與文獻可以在 Malvern Instruments 網站上查找。