动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量
粒径及zeta电位实验原理

粒径及zeta电位实验原理一、引言粒径及zeta电位是纳米颗粒表征中最常用的两种参数,它们能够反映纳米颗粒的大小和表面电荷特性,对于纳米材料的研究具有重要的意义。
本文将详细介绍粒径及zeta电位实验原理。
二、粒径实验原理1.动态光散射法(DLS)动态光散射法(Dynamic Light Scattering, DLS)是一种常用的测量纳米颗粒粒径分布的方法。
其基本原理是利用激光散射现象,通过测量散射光强度随时间变化的自相关函数来计算出颗粒在溶液中的有效半径分布。
该方法适用于测量直径在几纳米到几微米之间的颗粒。
2.静态光散射法(SLS)静态光散射法(Static Light Scattering, SLS)是一种通过测量溶液中颗粒对入射激光束进行非弹性散射而得到样品分子量和分子大小信息的技术。
该方法适用于大分子或聚合物等高分子材料。
三、zeta电位实验原理1.电泳光散射法(ELS)电泳光散射法(Electrophoretic Light Scattering, ELS)是一种通过测量颗粒在外加电场下的运动速度和其所受到的电荷数目来计算出颗粒表面电荷特性的方法。
该方法适用于测量直径在几纳米到几微米之间的颗粒。
2.激光多角度光散射法(MALS)激光多角度光散射法(Multi-Angle Light Scattering, MALS)是一种通过测量样品对入射激光束进行非弹性散射而得到样品分子量和分子大小信息的技术。
该方法适用于大分子或聚合物等高分子材料。
四、实验操作流程1.样品制备:将需要测试的样品溶解在适当溶剂中,并进行必要的稀释。
2.仪器预热:打开仪器并进行预热,保证仪器处于稳定状态。
3.参数设置:根据实验要求,设置相应的参数,如激光波长、探测角度等。
4.测试操作:将样品注入测试池中,并启动测试程序。
5.数据处理:根据实验结果进行数据处理和分析,如计算粒径分布、zeta电位等参数。
五、实验注意事项1.样品制备应注意避免气泡的产生和溶剂的挥发。
zate电位仪原理方面的资料

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量前言:Zeta电位是纳米材料的一种重要表征参数。
现代仪器可以通过简便的手段快速准确地测得。
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,而粒子淌度的测量测是通过动态光散射,运用波的多普勒效应测得。
1.Zeta电位与双电层(图1)粒子表面存在的净电荷,影响粒子界面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。
围绕粒子的液体层存在两部分:一是内层区,称为Stern层,其中离子与粒子紧紧地结合在一起;另一个是外层分散区,其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。
在分散层内,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随着粒子运动。
这个边界称为流体力学剪切层或滑动面(slippingplane)。
在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。
2.Zeta电位与胶体的稳定性(DLVO理论)在1940年代Derjaguin, Landau, Verway与Overbeek 提出了描述胶体稳定的理论,认为胶体体系的稳定性是当颗粒相互接近时它们之间的双电层互斥力与范德瓦尔互吸力的净结果。
此理论提出当颗粒接近时颗粒之间的能量障碍来自于互斥力,当颗粒有足够的能量克服此障碍时,互吸力将使颗粒进一步接近并不可逆的粘在一起。
(图2) Zeta电位可用来作为胶体体系稳定性的指示:如果颗粒带有很多负的或正的电荷,也就是说很高的Zeta电位,它们会相互排斥,从而达到整个体系的稳定性;如果颗粒带有很少负的或正的电荷,也就是说它的Zeta电位很低,它们会相互吸引,从而达到整个体系的不稳定性。
一般来说, Zeta电位愈高,颗粒的分散体系愈稳定,水相中颗粒分散稳定性的分界线一般认为在+30mV或-30mV,如果所有颗粒都带有高于+30mV或低于-30mV的zeta电位,则该分散体系应该比较稳定3.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:A. pH 的变化B. 溶液电导率的变化C. 某种特殊添加剂的浓度,如表面活性剂,高分子测量一个颗粒的zeta势能作为上述变量的变化可了解产品的稳定性,反过来也可决定生成絮凝的最佳条件。
zeta电位测定原理

zeta电位测定原理
Zeta 电位是指胶体分散系中分散粒子表面的电位,它是表征胶体分散系稳定性的重要指标。
Zeta 电位的测定是通过在胶体分散系中引入电极,测量电极间的电势差得出的。
在测量 Zeta 电位时,需要将胶体分散系中的分散粒子引入到电解液中,然后将电极放置在电解液中,施加外部电场,使分散粒子做电泳运动。
通过测量电极间的电势差,可以计算出 Zeta 电位。
目前,测量 Zeta 电位的方法主要有电泳法、电渗法、流动电位法和超声波法,其中电泳法应用最广。
Zeta 电位的数值与胶态分散的稳定性相关,分子或分散粒子越小,Zeta 电位越高,体系越稳定,即溶解或分散可以抵抗聚集。
动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量

【专题】动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量--------------------------------------------------------------------------------作者: 骑着蜗牛追火箭收录日期: 2009-11-28 发布日期: 2009-11-28动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量前言:Zeta电位是纳米材料的一种重要表征参数。
现代仪器可以通过简便的手段快速准确地测得。
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,而粒子淌度的测量测是通过动态光散射,运用波的多普勒效应测得。
1.Zeta电位与双电层(图1)粒子表面存在的净电荷,影响粒子界面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。
围绕粒子的液体层存在两部分:一是内层区,称为Stern层,其中离子与粒子紧紧地结合在一起;另一个是外层分散区,其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。
在分散层内,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随着粒子运动。
这个边界称为流体力学剪切层或滑动面(slippingplane)。
在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。
ZETA电位是一个表征分散体系稳定性的重要指标。
由于带电微粒吸引分散系中带相反电荷的粒子,离颗粒表面近的离子被强烈束缚着,而那些距离较远的离子形成一个松散的电子云,电子云的内外电位差就叫Zeta电位。
也称电动电位(只有当胶粒在介质中运动时才会表现出来),实际上就是扩散层内的电位差。
ξ电位较高时,粒子能保持一定距离消弱和抵消了范德华引力从而提高了颗粒悬浮系统的稳定性。
反之,当ξ电位较低时,粒子间的斥力减小并逐步靠近,进入范德华引力范围内,粒子就会互相吸引、团聚。
马尔文纳米粒度 zeta

马尔文纳米粒度 zeta
马尔文纳米粒度和zeta电位是常用的表征纳米颗粒物理性质的指标。
本文将详细介绍马尔文纳米粒度和zeta电位的定义、测量原理和应用。
马尔文纳米粒度(Malvern NanoSizer)是由英国马尔文仪器公司开发的一种用于粒子的大小分析的仪器。
马尔文纳米粒度采用动态光散射(Dynamic Light Scattering,DLS)技术,可以测量纳米级别的颗粒的尺寸分布。
马尔文纳米粒度利用激光散射原理测量颗粒在液体中的动态行为,根据光散射强度的强弱和时间的变化,分析颗粒的大小分布和聚集状态。
马尔文纳米粒度可以测量的颗粒直径范围一般在1nm~1μm之间。
1、研究颗粒尺寸、分散性、聚集状态
2、研究颗粒表面性质
3、研究颗粒在不同媒质中的动态行为
4、测量颗粒的分布系数和均匀度
二、zeta电位
zeta电位是一种表征颗粒在溶液中带电状态的参数。
zeta电位的值可以反映颗粒表面的电荷,是影响颗粒相互作用的重要物理参数。
zeta电位采用激光多角度散射(Laser Doppler Anemometry,LDA)技术,利用测量颗粒在电场中的运动和电荷情况,计算出颗粒表面的电荷密度和zeta电位。
1、评价颗粒的稳定性
2、研究离子强度对颗粒间相互作用的影响
3、研究表面改性对颗粒表面电荷的影响
4、评价纳米材料的表面性能和稳定性
综上所述,马尔文纳米粒度和zeta电位是纳米颗粒表征的重要参数。
通过这两项指标的测量,可以了解颗粒的尺寸分布、表面电荷和稳定性等物理性质,有助于研究纳米颗粒的合成、应用和性质优化。
动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS),也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ,准弹性光散射quasi-elastic scattering,测量光强的波动随时间的变化。
DLS技术测量粒子粒径,具有准确、快速、可重复性好等优点,已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。
随着仪器的更新和数据处理技术的发展,现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能,还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。
(一)动态光散射的基本原理1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度,粒子越小,媒体粘度越小,布朗运动越快。
2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时,粒子会将光散射,在一定角度下可以检测到光信号,所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果,具有统计意义(见附件一)。
瞬间光强不是固定值,在某一平均值下波动,但波动振幅与粒子粒径有关(见附件二)。
某一时间的光强与另一时间的光强相比,在极短时间内,可以认识是相同的,我们可以认为相关度为1,在稍长时间后,光强相似度下降,时间无穷长时,光强完全与之前的不同,认为相关度为0(此原理见附件三)。
根据光学理论可得出光强相关议程(见附件四)。
之前提到,正在做布朗运动的粒子速度,与粒径(粒子大小)相关(Stokes - Einstein 方程)。
大颗粒运动缓慢,小粒子运动快速。
如果测量大颗粒,那么由于它们运动缓慢,散射光斑的强度也将缓慢波动。
类似地,如果测量小粒子,那么由于它们运动快速,散射光斑的密度也将快速波动。
附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。
可以看到,相关关系函数衰减的速度与粒径相关,小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。
最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布(见附件六)。
动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS),也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ,准弹性光散射quasi-elastic scattering,测量光强的波动随时间的变化。
DLS技术测量粒子粒径,具有准确、快速、可重复性好等优点,已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。
随着仪器的更新和数据处理技术的发展,现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能,还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。
(一)动态光散射的基本原理1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度,粒子越小,媒体粘度越小,布朗运动越快。
2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时,粒子会将光散射,在一定角度下可以检测到光信号,所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果,具有统计意义(见附件一)。
瞬间光强不是固定值,在某一平均值下波动,但波动振幅与粒子粒径有关(见附件二)。
某一时间的光强与另一时间的光强相比,在极短时间内,可以认识是相同的,我们可以认为相关度为1,在稍长时间后,光强相似度下降,时间无穷长时,光强完全与之前的不同,认为相关度为0(此原理见附件三)。
根据光学理论可得出光强相关议程(见附件四)。
之前提到,正在做布朗运动的粒子速度,与粒径(粒子大小)相关(Stokes - Einstein 方程)。
大颗粒运动缓慢,小粒子运动快速。
如果测量大颗粒,那么由于它们运动缓慢,散射光斑的强度也将缓慢波动。
类似地,如果测量小粒子,那么由于它们运动快速,散射光斑的密度也将快速波动。
附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。
可以看到,相关关系函数衰减的速度与粒径相关,小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。
最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布(见附件六)。
动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量(总5页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量动态光散射Dynamic Light Scattering(DLS),也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ,准弹性光散射quasi-elastic scattering,测量光强的波动随时间的变化。
DLS技术测量粒子粒径,具有准确、快速、可重复性好等优点,已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。
随着仪器的更新和数据处理技术的发展,现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能,还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。
(一)动态光散射的基本原理1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度,粒子越小,媒体粘度越小,布朗运动越快。
2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时,粒子会将光散射,在一定角度下可以检测到光信号,所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果,具有统计意义(见附件一)。
瞬间光强不是固定值,在某一平均值下波动,但波动振幅与粒子粒径有关(见附件二)。
某一时间的光强与另一时间的光强相比,在极短时间内,可以认识是相同的,我们可以认为相关度为1,在稍长时间后,光强相似度下降,时间无穷长时,光强完全与之前的不同,认为相关度为0(此原理见附件三)。
根据光学理论可得出光强相关议程(见附件四)。
之前提到,正在做布朗运动的粒子速度,与粒径(粒子大小)相关(Stokes - Einstein方程)。
大颗粒运动缓慢,小粒子运动快速。
如果测量大颗粒,那么由于它们运动缓慢,散射光斑的强度也将缓慢波动。
类似地,如果测量小粒子,那么由于它们运动快速,散射光斑的密度也将快速波动。
zeta电位仪原理

zeta电位仪原理
Zeta电位仪是一种常用于表征颗粒表面电荷特性的仪器,它基于电动力学原理和光学散射技术。
其测量原理如下:
在液体中悬浮的颗粒表面通常带有电荷,形成一个电化学双层结构。
当这些带电的颗粒被置于外加电场中时,电场会作用于双层结构,通过测量颗粒的周围电场分布来计算颗粒的电势。
Zeta电位仪测量过程中,首先将样品悬浮液注入电池,然后通过两个电极施加一定电场强度。
接下来,使用激光器产生的激光束照射样品液中的颗粒,在颗粒与激光束相互作用下,产生光散射。
在光学系统中,通过探测器收集和分析散射光的强度和角度信息。
通过测量散射光的强度和角度,可以得到颗粒的大小和分布情况。
根据电势和电场的关系,结合颗粒的大小和分布数据,可以计算出颗粒表面的电场分布,进而得到颗粒表面的Zeta电位。
Zeta电位作为表征颗粒表面电荷特性的重要参数,在颗粒的稳定性、沉降速率、表面吸附等方面具有重要意义。
因此,Zeta 电位仪在颗粒表面电荷特性研究、液固界面性质表征等领域得到了广泛应用。
动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量动态光散射Dynamic Light Scattering (DLS),也称光子相关光谱Photon Correlation Spectroscopy (PCS) ,准弹性光散射quasi-elastic scattering,测量光强的波动随时间的变化。
DLS技术测量粒子粒径,具有准确、快速、可重复性好等优点,已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。
随着仪器的更新和数据处理技术的发展,现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能,还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。
(一)动态光散射的基本原理1. 粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度,粒子越小,媒体粘度越小,布朗运动越快。
2. 光信号与粒径的关系光通过胶体时,粒子会将光散射,在一定角度下可以检测到光信号,所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果,具有统计意义(见附件一)。
瞬间光强不是固定值,在某一平均值下波动,但波动振幅与粒子粒径有关(见附件二)。
某一时间的光强与另一时间的光强相比,在极短时间内,可以认识是相同的,我们可以认为相关度为1,在稍长时间后,光强相似度下降,时间无穷长时,光强完全与之前的不同,认为相关度为0(此原理见附件三)。
根据光学理论可得出光强相关议程(见附件四)。
之前提到,正在做布朗运动的粒子速度,与粒径(粒子大小)相关(Stokes - Einstein方程)。
大颗粒运动缓慢,小粒子运动快速。
如果测量大颗粒,那么由于它们运动缓慢,散射光斑的强度也将缓慢波动。
类似地,如果测量小粒子,那么由于它们运动快速,散射光斑的密度也将快速波动。
附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。
可以看到,相关关系函数衰减的速度与粒径相关,小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。
最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布(见附件六)。
zeta电位结果

zeta电位结果全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:Zeta电位结果是一种用于评估颗粒表面电荷性质的重要技术。
随着科学技术的发展,人们对颗粒表面电荷性质的研究越来越深入,而Zeta电位结果正是其中的关键参数之一。
本文将探讨Zeta电位结果的定义、测定方法、应用领域以及未来发展趋势。
我们来看一下Zeta电位结果的定义。
Zeta电位是指颗粒在液相中移动时产生的电位差,可以用来描述颗粒表面电荷的分布情况。
在液相中,颗粒表面会吸附溶液中的离子,从而产生电荷,而Zeta电位结果可以用来衡量这种电荷的强度和分布情况。
我们了解一下Zeta电位结果的测定方法。
目前常用的测定方法有两种,一种是电泳法,另一种是动态光散射法。
电泳法通过测量颗粒在电场中的运动速度来确定Zeta电位结果,而动态光散射法则是通过测量颗粒在液相中的扩散系数来得出Zeta电位结果。
我们来看一下Zeta电位结果在实际应用中的作用。
Zeta电位结果对颗粒的稳定性、分散性、表面改性等方面都有着重要的影响。
在药物制剂、纳米材料、胶体颗粒等领域,Zeta电位结果被广泛应用于研究和生产过程中,可以帮助人们更好地理解颗粒的性质和行为。
Zeta电位结果作为评估颗粒表面电荷性质的重要技术,在科研领域和产业应用中具有重要的意义。
通过深入研究和应用,我们可以更全面地了解颗粒的性质和行为,为相关领域的发展和进步提供有力支持。
希望未来人们可以进一步挖掘Zeta电位结果的潜力,推动该技术的发展和应用,促进颗粒表面电荷性质领域的研究取得更大的进展。
第二篇示例:Zeta电位是一种用于测定液体和固体界面上电荷分布和电荷移动的重要实验方法。
通过测定液体和固体界面上的Zeta电位结果,可以了解物质的表面电荷性质,从而研究其在电解质溶液中的稳定性和相互作用。
本文将围绕Zeta电位结果展开讨论,深入探讨其应用、影响因素及意义。
Zeta电位结果是通过测定Zeta电位得出的。
Zeta电位是指在电解质溶液中,固体颗粒表面附近的液相区域内的电位。
zeta电位仪原理

zeta电位仪原理Zeta电位仪原理。
Zeta电位仪是一种用于测量颗粒表面电位的仪器,它通过测量颗粒在溶液中的电动力学行为,来确定颗粒表面电位的一种仪器。
在颗粒表面电位的测量中,Zeta电位仪起到了至关重要的作用,下面将详细介绍Zeta电位仪的原理和工作机制。
首先,Zeta电位仪利用了电泳现象来测量颗粒表面的电位。
当颗粒悬浮在溶液中时,溶液中的离子会吸附在颗粒表面,形成一个电二重层。
当施加电场时,溶液中的离子会在电场力的作用下向颗粒表面运动,从而形成一个电动力学平衡。
Zeta电位仪利用了这一原理,通过测量颗粒在电场中的运动速度来确定颗粒表面的电位。
其次,Zeta电位仪还利用了光散射原理来测量颗粒的运动速度。
当颗粒悬浮在溶液中时,会受到溶液分子的碰撞,从而产生布朗运动。
Zeta电位仪利用激光器发出的激光束照射颗粒,然后通过检测散射光的强度和角度来确定颗粒的运动速度。
结合电泳现象和光散射原理,Zeta电位仪可以准确测量颗粒在溶液中的电动力学行为,从而确定颗粒表面的电位。
此外,Zeta电位仪还可以通过测量颗粒的电泳迁移率来确定颗粒表面的电位。
电泳迁移率是指颗粒在电场中的迁移速度与电场强度的比值,它与颗粒表面的电位密切相关。
Zeta电位仪利用电泳迁移率与电场强度之间的关系,可以准确地测量颗粒表面的电位。
总的来说,Zeta电位仪通过利用电泳现象和光散射原理,可以准确测量颗粒在溶液中的电动力学行为,从而确定颗粒表面的电位。
它的原理和工作机制十分精密,可以为颗粒表面电位的测量提供可靠的数据支持。
在实际应用中,Zeta电位仪被广泛应用于颗粒表面电位的测量和分析,为颗粒表面性质研究提供了重要的技术手段。
综上所述,Zeta电位仪的原理和工作机制十分重要,它为颗粒表面电位的测量提供了可靠的技朮支持。
相信随着科学技术的不断发展,Zeta电位仪在颗粒表面性质研究中将发挥越来越重要的作用。
电泳光散射 zeta 详解 相位 频率

电泳光散射 zeta 详解相位频率电泳光散射是一种广泛应用于颗粒物质表面性质和稳定性研究的技术。
其中,zeta电位是表征颗粒在溶液中的电荷状态和稳定性的重要参数。
而在电泳光散射实验中,相位和频率则是影响实验结果的关键因素。
在本文中,我将从深度和广度两方面对电泳光散射和zeta电位进行详细解析,并重点讨论相位和频率在实验中的作用。
一、电泳光散射基本原理1. 电泳光散射是利用光学散射原理,通过测量颗粒在电场中的迁移速度来确定颗粒的zeta电位。
在溶液中,颗粒表面带有电荷,当施加电场时,颗粒会发生电泳迁移,其速度与zeta电位成正比。
2. 电泳光散射实验通常通过激光照射样品,测量散射光的强度和频率分布,从而得到颗粒的迁移速度和zeta电位。
二、 zeta电位的意义和影响因素1. zeta电位是表征颗粒在溶液中电荷状态的重要参数,它直接影响着颗粒之间的相互作用力和稳定性。
当zeta电位越大(正负皆可)、颗粒间的静电斥力越大,颗粒间的排斥力也就越大,颗粒的分散性和稳定性就越好。
2. 影响zeta电位的因素包括溶液的离子强度、PH值、颗粒表面性质等,这些因素都会对zeta电位产生影响,进而影响颗粒的稳定性。
三、相位和频率在电泳光散射中的重要性1. 在电泳光散射实验中,相位指的是散射光波与驱动电场波之间的相位差,而频率则是指激光的频率。
这两个因素直接影响着测量结果的准确性。
2. 当相位和频率不匹配时,将会影响到散射光波的解释和颗粒迁移速度的准确测定,因此在实验过程中需特别注意相位和频率的匹配。
电泳光散射和zeta电位是重要的表征颗粒稳定性和分散性的技术和参数,而相位和频率则是影响电泳光散射实验结果准确性的关键因素。
深入了解这些内容有助于我们更好地理解颗粒在溶液中的行为和性质,为相关研究和实际应用提供理论支持和指导。
在我个人看来,电泳光散射和zeta电位在纳米材料、胶体颗粒和生物医药等领域具有广泛的应用前景,我将继续深入研究并关注该领域的发展。
zeta电位参数设定

Zeta电位参数设定1. 概述Zeta电位是指液体中颗粒表面电荷与周围液体中电离物浓度之间的相互作用。
它是表征颗粒表面电荷分布的重要参数,对于理解颗粒间相互作用、悬浮液稳定性以及胶体颗粒的表面性质具有重要意义。
在实验中,我们可以通过测量颗粒的电位来获得Zeta电位的信息。
本文将介绍Zeta电位参数的设定方法以及其在实验中的应用。
2. Zeta电位参数设定方法2.1 Zeta电位测量原理在Zeta电位测量中,我们通常使用动态光散射技术。
该技术基于光的散射现象,通过测量散射光的强度和角度来获得颗粒的运动速度,进而计算出Zeta电位。
具体而言,我们可以使用光散射仪来测量颗粒在电场中的运动速度,然后根据Smoluchowski公式计算出Zeta电位。
2.2 Zeta电位参数设定步骤以下是Zeta电位参数设定的步骤:步骤1:样品制备首先,我们需要准备待测样品。
样品可以是悬浮液、乳液、胶体溶液等,其中含有颗粒。
样品制备过程中需要注意避免空气泡的产生,以免对测量结果产生干扰。
步骤2:样品稀释如果样品过于浓缩,会导致颗粒之间相互干扰,从而影响测量结果。
因此,我们需要对样品进行适当的稀释,以确保颗粒之间的相互作用较小。
步骤3:测量条件设定在进行Zeta电位测量之前,我们需要设定一些测量条件,包括电场强度、温度、pH值等。
这些条件的设定应根据实际情况进行调整,以确保测量结果的准确性和可重复性。
步骤4:测量将样品注入光散射仪中,并根据仪器的操作手册进行测量。
测量时需要保持样品的稳定,避免颗粒沉降或聚集。
步骤5:数据处理将测量得到的数据导入计算软件中,进行数据处理。
根据测量条件和实际情况,选择合适的数据处理方法,如Smoluchowski公式等,计算出Zeta电位。
步骤6:结果分析根据测量结果,分析样品的Zeta电位。
可以比较不同样品的Zeta电位差异,或者观察同一样品在不同条件下的Zeta电位变化,以了解颗粒表面电荷分布的变化。
zeta电位仪技术特点

zeta电位仪技术特点zeta电位仪是一种用于测量颗粒表面电荷的仪器。
它能够测量颗粒表面电位,从而得出颗粒的Zeta电位。
Zeta电位是一项重要的物理指标,它能够反映颗粒表面电荷的性质和分散液中的胶体稳定性。
Zeta电位仪采用激光多普勒技术和电动势测量技术,能够对各种样品进行准确的Zeta电位测量。
以下将对zeta电位仪的技术特点进行详细介绍:1. 激光多普勒技术zeta电位仪采用激光多普勒技术来测量被试颗粒粒径,一般称之为激光多普勒光散射。
激光多普勒技术是一种利用激光散射光产生的多普勒频移来测量物体运动速度的技术。
当颗粒在激光束中通过时,激光束会散射,散射光与激光束间产生多普勒频移,然后根据多普勒频移可以测出颗粒的流速、粒径等参数。
这种技术能够测量小颗粒的粒径和速度,用于测定悬浮颗粒的运动速度和分布,还可以对样品的颗粒形态、聚集情况等进行观察和分析。
2. 电动势测量技术除了激光多普勒技术,zeta电位仪还采用了电动势测量技术来测量颗粒表面的电位。
电动势测量技术是利用电极在颗粒液体界面处形成的电势差,测量颗粒表面电位的一种方法。
在电解质溶液中,离子受到电场力的作用因而形成带电层,带电层的厚度反映了表面电势。
zeta电位仪通过控制溶液中的离子浓度以及电场强度,精确测量颗粒表面的电位。
3. 强电场测量zeta电位仪在测量颗粒的Zeta电位时,通常会产生一些测量误差。
这些误差通常是由稀释剂、pH值、离子浓度等因素引起的。
为了在测量中更准确地消除这些误差,zeta电位仪通常会采用强电场测量技术。
强电场测量技术是利用强电场对颗粒带电层的影响来消除测量误差的技术。
在强电场作用下,颗粒的带电层会被压缩,从而使得颗粒表面电位更加准确地测量。
4. 自动化控制zeta电位仪的自动化程度较高,能够方便快捷地对样品进行处理。
在测量中,zeta电位仪能够自动加入稀释剂、调整pH值、控制离子浓度等。
同时,它还能够自动记录和分析测量结果,并输出报告。
测量zeta电位的方法

测量zeta电位的方法嘿,咱今儿就来讲讲测量 zeta 电位的那些事儿!你可别小瞧了这zeta 电位,它在好多领域那可都是相当重要的呢!要说测量 zeta 电位的方法,那首先得提到电泳法呀。
这就好比是一场小小的“赛跑”,粒子们在电场中欢快地“奔跑”起来,通过观察它们的“奔跑速度”,咱就能算出 zeta 电位啦。
你想想,是不是挺有意思的?就像我们看运动员比赛,能看出谁快谁慢一样。
还有电渗法呢,这就像是一条“小水流”,通过研究这水流的特点,也能把 zeta 电位给找出来。
是不是感觉很神奇呀?就好像魔术师从帽子里变出兔子一样让人惊叹!激光多普勒测速法也不错哦。
它就像是个超级厉害的“监测员”,能精准地捕捉到粒子的运动情况,从而为我们提供 zeta 电位的信息。
这可真是个厉害的家伙呀!微电泳法也得提一提呀。
它能细致入微地研究粒子的电泳情况,就像一个细心的侦探,不放过任何一个小细节。
你说这得多厉害呀!每种方法都有它的独特之处呢,就像不同口味的糖果,各有各的美妙。
咱在测量 zeta 电位的时候,可得根据具体情况来选择合适的方法呀。
要是选错了,那可就像穿着不合脚的鞋子走路,会别扭得很呢!所以呀,咱得好好琢磨琢磨,选对了方法,才能让测量工作顺顺利利的。
比如说,要是咱研究的是那种特别微小的粒子,那是不是就得选个更精细的方法呀?不然怎么能准确地测量出 zeta 电位呢?这就跟你要挑一件合身的衣服一样,得量好尺寸才行呀。
而且呀,在测量的过程中,还得注意各种细节呢。
环境因素啦,操作规范啦,一个都不能马虎。
不然就像做饭的时候盐放多了,那味道可就不对啦!总之呢,测量 zeta 电位可不是一件简单的事儿,得用心去对待。
选对方法,注意细节,这样才能得到准确可靠的结果。
这就好比盖房子,基础得打牢了,房子才能稳稳当当的呀!咱可不能马马虎虎的,得认真对待,这样才能在科学研究和实际应用中发挥出 zeta 电位的大作用呢!你说是不是这么个理儿呀?。
动态光散射

动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——粒径测量动态光散射Dynamic Light Scattering(DLS),也称光子相关光谱PhotonCorrelation Spectroscopy (PCS),准弹性光散射quasi-elastic scattering,测量光强的波动随时间的变化。
DLS技术测量粒子粒径,具有准确、快速、可重复性好等优点,已经成为纳米科技中比较常规的一种表征方法。
随着仪器的更新和数据处理技术的发展,现在的动态光散射仪器不仅具备测量粒径的功能,还具有测量Zeta电位、大分子的分子量等的能力。
(一)动态光散射的基本原理1.粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度,粒子越小,媒体粘度越小,布朗运动越快。
2.光信号与粒径的关系光通过胶体时,粒子会将光散射,在一定角度下可以检测到光信号,所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果,具有统计意义(见附件一)。
瞬间光强不是固定值,在某一平均值下波动,但波动振幅与粒子粒径有关(见附件二)。
某一时间的光强与另一时间的光强相比,在极短时间内,可以认识是相同的,我们可以认为相关度为1,在稍长时间后,光强相似度下降,时间无穷长时,光强完全与之前的不同,认为相关度为0(此原理见附件三)。
根据光学理论可得出光强相关议程(见附件四)。
之前提到,正在做布朗运动的粒子速度,与粒径(粒子大小)相关(Stokes-Einstein方程)。
大颗粒运动缓慢,小粒子运动快速。
如果测量大颗粒,那么由于它们运动缓慢,散射光斑的强度也将缓慢波动。
类似地,如果测量小粒子,那么由于它们运动快速,散射光斑的密度也将快速波动。
附件五显示了大颗粒和小粒子的相关关系函数。
可以看到,相关关系函数衰减的速度与粒径相关,小粒子的衰减速度大大快于大颗粒的。
最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布(见附件六)。
zeta电位仪的原理及应用

Zeta电位仪的原理及应用1. 介绍Zeta电位仪是一种用于测量分散体系稳定性和颗粒表面电荷的仪器。
它通过测量颗粒的电动势来确定颗粒表面的电荷状态,从而评估分散体系的稳定性和颗粒间相互作用的强弱。
2. 工作原理Zeta电位仪基于电动激励技术和激光多普勒测速技术,主要包括以下几个步骤:1.激励步骤:在待测样品中施加一个电场激励,使样品中的颗粒带电。
2.动态光散射测量步骤:用激光照射带电颗粒,并通过检测散射光的频移来获得颗粒在电场中的速度信息。
3.电泳移动测量步骤:通过测量颗粒相对于介质的电泳移动速度来获取颗粒表面的电位。
3. 应用领域Zeta电位仪在以下领域有着广泛的应用:3.1 药物输送系统Zeta电位仪可以评估载药纳米粒子的稳定性和药物释放性能,为药物输送系统的设计和优化提供重要依据。
3.2 食品工业Zeta电位仪可用于测量食品中颗粒的电位,评估食品的稳定性和质量特性,例如乳制品中蛋白质的聚集情况。
3.3 环境科学Zeta电位仪可用于研究土壤中颗粒的表面电荷状态,从而评估土壤的污染状况及其对污染物的吸附和迁移行为。
3.4 涂料和油墨工业Zeta电位仪可用于测量颗粒的电位,评估涂料和油墨的稳定性和流动性,优化产品性能。
3.5 矿物加工工业Zeta电位仪可用于评估矿石浮选过程中颗粒的稳定性和分离效果,优化矿石加工的工艺参数。
4. 优势和存在的问题4.1 优势•非侵入性测量:Zeta电位仪可以在不破坏样品的情况下进行测量,对样品的影响较小。
•快速测量:Zeta电位仪可以在短时间内完成测量,提高工作效率。
•可重复性良好:Zeta电位仪的测量结果具有较好的重复性和准确性。
4.2 存在的问题•样品准备要求高:由于Zeta电位仪对样品的准备要求较高,需要避免空气氧化和颗粒聚集等问题。
•需要专业操作:Zeta电位仪的操作复杂,需要进行合适的校准和维护,且对操作人员具有一定的要求。
5. 研究进展5.1 新型测量技术的应用近年来,基于Zeta电位仪的新型测量技术不断涌现,如电动热传导法、光学测量法等,提高了测量的准确性和可操作性。
zeta-电位

Zeta电位基本内容
Zeta电位是一个表征液体中分散体系稳定性的重要指标。
它是由液体中带电粒子之间的相互作用所引起的,包括静电相互作用、范德华力和氢键等。
Zeta电位的大小和符号取决于粒子的电荷性质、大小和形状以及液体的pH值等因素。
在一些应用领域,如水处理、食品加工、生物制药等领域,Zeta电位被广泛用于评价液体中分散体系的稳定性和粒子的分散程度。
测量Zeta电位的方法包括动态光散射法、电泳法、激光散斑法等。
其中,动态光散射法是最常用的一种方法,它利用激光照射样品,测量样品中粒子的散射光强,进而计算出Zeta电位的数值。
Zeta电位的数值越大,表示粒子表面的电荷越多,分散体系越稳定;反之,Zeta电位的数值越小,表示粒子表面的电荷越少,分散体系越不稳定。
因此,Zeta电位的测量可以为液体中分散体系的稳定性评价提供重要的参考依据,对于液体的处理、储存和使用具有重要的意义。
zeta电位仪原理

zeta电位仪原理Zeta电位仪原理。
Zeta电位仪是一种用于测量分散体系中颗粒表面电荷的仪器。
它通过测量颗粒在电场中的运动速度来确定颗粒的电荷情况,从而帮助我们了解颗粒在溶液中的分散状态和稳定性。
下面我们将详细介绍Zeta电位仪的原理。
首先,让我们来了解一下Zeta电位的概念。
Zeta电位是指颗粒表面周围溶液的电位差,它反映了颗粒与溶液之间的电荷分布情况。
在分散体系中,颗粒表面常常带有电荷,而溶液中的离子也会围绕着颗粒表面形成电双层。
这种电双层的形成会导致颗粒表面周围溶液的电位发生变化,而这种变化就是Zeta电位。
Zeta电位仪的原理基于电泳现象。
当我们将带电颗粒置于电场中时,颗粒会受到电场力的作用而发生电泳运动。
根据Stokes定律,颗粒在溶液中的运动速度与其表面电荷情况有关,电荷越多,运动速度越快。
因此,通过测量颗粒在电场中的运动速度,我们可以推导出颗粒的Zeta电位。
Zeta电位仪通常采用动态光散射技术来测量颗粒的运动速度。
它利用激光照射颗粒,通过检测颗粒散射光的强度和频率来确定颗粒的运动速度。
通过分析散射光的变化,我们可以得到颗粒在电场中的运动速度,进而计算出颗粒的Zeta电位。
除了测量Zeta电位外,Zeta电位仪还可以帮助我们了解颗粒的分散状态和稳定性。
在分散体系中,颗粒之间会发生相互作用,这些相互作用会影响颗粒的分散状态。
通过测量Zeta电位,我们可以判断颗粒之间的相互作用类型,从而调控分散体系的稳定性。
总之,Zeta电位仪是一种用于测量颗粒表面电荷的重要仪器,它基于电泳现象,通过测量颗粒在电场中的运动速度来确定颗粒的Zeta电位。
通过对Zeta电位的测量,我们不仅可以了解颗粒的电荷情况,还可以判断颗粒之间的相互作用类型,帮助我们调控分散体系的稳定性。
希望本文对Zeta电位仪的原理有所帮助。
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【专题】动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量--------------------------------------------------------------------------------作者: 骑着蜗牛追火箭收录日期: 2009-11-28 发布日期: 2009-11-28动态光散射基本原理及其在纳米科技中的应用——Zeta电位测量前言:Zeta电位是纳米材料的一种重要表征参数。
现代仪器可以通过简便的手段快速准确地测得。
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,而粒子淌度的测量测是通过动态光散射,运用波的多普勒效应测得。
1.Zeta电位与双电层(图1)粒子表面存在的净电荷,影响粒子界面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。
围绕粒子的液体层存在两部分:一是内层区,称为Stern层,其中离子与粒子紧紧地结合在一起;另一个是外层分散区,其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。
在分散层内,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随着粒子运动。
这个边界称为流体力学剪切层或滑动面(slippingplane)。
在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。
ZETA电位是一个表征分散体系稳定性的重要指标。
由于带电微粒吸引分散系中带相反电荷的粒子,离颗粒表面近的离子被强烈束缚着,而那些距离较远的离子形成一个松散的电子云,电子云的内外电位差就叫Zeta电位。
也称电动电位(只有当胶粒在介质中运动时才会表现出来),实际上就是扩散层内的电位差。
ξ电位较高时,粒子能保持一定距离消弱和抵消了范德华引力从而提高了颗粒悬浮系统的稳定性。
反之,当ξ电位较低时,粒子间的斥力减小并逐步靠近,进入范德华引力范围内,粒子就会互相吸引、团聚。
ξ电位与液体递质内的粒子质量分数有关,改变液体的pH值、增加体系的盐含量都会引起双电层压缩,改变粒子的ξ电位,降低颗粒间的静电排斥作用,从而影响颗粒悬浮系统的稳定性。
2.Zeta电位与胶体的稳定性(DLVO理论)在1940年代Derjaguin, Landau, Verway与Overbeek 提出了描述胶体稳定的理论,认为胶体体系的稳定性是当颗粒相互接近时它们之间的双电层互斥力与范德瓦尔互吸力的净结果。
此理论提出当颗粒接近时颗粒之间的能量障碍来自于互斥力,当颗粒有足够的能量克服此障碍时,互吸力将使颗粒进一步接近并不可逆的粘在一起。
(图2)Zeta电位可用来作为胶体体系稳定性的指示:如果颗粒带有很多负的或正的电荷,也就是说很高的Zeta电位,它们会相互排斥,从而达到整个体系的稳定性;如果颗粒带有很少负的或正的电荷,也就是说它的Zeta电位很低,它们会相互吸引,从而达到整个体系的不稳定性。
一般来说, Zeta电位愈高,颗粒的分散体系愈稳定,水相中颗粒分散稳定性的分界线一般认为在+30mV或-30mV,如果所有颗粒都带有高于+30mV或低于-30mV的zeta电位,则该分散体系应该比较稳定3.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:A. pH 的变化B. 溶液电导率的变化C. 某种特殊添加剂的浓度,如表面活性剂,高分子测量一个颗粒的zeta势能作为上述变量的变化可了解产品的稳定性,反过来也可决定生成絮凝的最佳条件。
3.1 Zeta电位与pH(图3)影响zeta电位最重要的因素是pH,当谈论zeta电位时,不指明pH根本一点意义都没有。
假定在悬浮液中有一个带负电的颗粒;假如往这一悬浮液中加入碱性物质,颗粒会得到更多的负电;假如往这一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。
Zeta电位对pH作图在低pH将是正的,在高pH将是负的,这中间一定有一点会通过零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最不稳定的。
3.2 Zeta电位与电导率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,双电层愈压缩同,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+)更多的压缩双电层。
无机离子可有两种方法与带电表面相作用:1. 非选择性吸附.对于等电点没有影响2. 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。
3.3 Zeta电位与添加剂浓度研究样品中的添加剂浓度对产品zeta电位的影响可为研发稳定配方的产品提供有用的信息,样品中已知杂质对zeta电位的影响可作为研制抗絮凝的产品的有力工具。
4. 带电粒子的动电学效应表面电荷的存在使得颗粒在一外加电场中呈现某些特殊效应,这些效应总称为动电学效应,根据引入运动的方式,有四种不同的动电学效应:电泳: 在外加电场中带电颗粒相对于静止悬浮液体的运动电渗:在外加电场中相对于静止带电表面的液体运动流动电势: 当液体流过静止表面时所产生的电场沉降电势: 当带电颗粒在静止液体中流动时所产生的电场5. Zeta电位测量理论在一平行电场中,带电颗粒向相反极性的电极运动,颗粒的运动速度与下列因素有关:电场强度,介质的介电常数,介质的粘度(均为已知参数)Zeta电位(未知参数)Zeta电位与电泳淌度之间由Henry方程相连(图4)由Henry方程可以看出,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。
6. 淌度测量方法6.1 直接观测法在早期,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。
6.2 多普勒效应测量法当测量一个速度为C,频率为no的波时,假如波源与探测器之间有一相对运动(速度V), 所测到的波频率将会有一多普勒位移。
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。
(如图5)7. 电渗及避免方法7.1 电渗(图6)由于毛细管样品池壁带电,当外加电场导致颗粒运动时,池壁附近的液体也会在电场中由于电渗而运动。
当用毛细管样品池时由于池壁与水中离子的作用,水会在电场下移动(电渗)而影响颗粒移动速度的测量(因为测到的是两种运动的总和)。
但是,由于在一个封闭的池子内,池壁的液体流动会造成池中间的液体向另一方向运动,而在样品池中造成抛物面状的液体流动。
在样品池中有两个无限薄的层面(静止层)内无电渗,经典方法将光束定位在静止层内测量,以避免电渗误差,不可能准确定位,及费时而造成各种误差(甚至池壁有微量污染)。
7.2 电渗的避免(图7)动电学的理论分析告诉我们:当外加一电场时,颗粒达到其最终运动速度的时间至少要比电渗快一个数量级(参考M. Minor, A.J. van der Linde, H.P. van Leeuwen and J. Lyklema (1997) J Colloid and Interface Science 189, 370-375)快速电场反转(FFR)假如一外加电场有足够高的频率时:与颗粒的运动相比,液体的运动可以忽略不计这样,测量就不一定要在静止层进行但是,快速电场反转(FFR)与传统的慢速电场反转(SFR)相比,分辨率低。
如果将二者结合起来,则可以得到准确率高,分辨率高的Zeta电位及分布。
/Tutorials/Intro/zetaintro.htmlTutorialsThe use of the Malvern Zetasizer for the measurement of Zeta PotentialParticle characterizationZeta potential - Application trendsHow does surface charge arise?How is particle charge measured?Methods for determining the zeta potentialZeta potential measurement techniqueApplications - possibilities for automationThe Malvern MPT-1 AutotitratorSelected applications - an overviewParticle characterizationThere are many.htmlects of a particle dispersion that need to be investigated to fully characterize a system.Particle size is often considered one of the most important parameters, however, as particle size reduces, the surface area increasessignificantly in comparison with the volume, so surface properties increasingly determine the dispersions characteristics.One of the significant surface properties is the surface charge. This is an important factor in determining the interactions between particles, and hence dispersion characteristics such as dispersion stability, flocculation, viscosity, film forming characteristics etc.The surface charge cannot be measured directly. Instead the charge at a distance from the particle, called the zeta potential is measured. This potential is usually more of interest because particles interact according to the magnitude of this value, rather than the potential at the surface of the particle.Zeta potential - Application trendsThe zeta potential (x), or electrophoretic mobility (µE), is increasingly being used to investigate fine particle systems.The zeta potential is a consequence of the existence of surface charge, and can give information on electrical interaction forces between the dispersed particles. Using DLVO theory, it is possible to assess the stability of suspensions and emulsions by means of the zeta potential.The basis of DLVO is to use the sum of the repulsive force (V R - electrostatic BORN forces) and attractive (VA - van der WAALS forces) to calculate the particle interaction potential.V TOTAL = V R + V AIn many cases, the zeta potential can be used directly as the criterion for assessing product quality.However stability assessment using the zeta potential as the measurable variable may only be useful if the system is sufficiently well understood.Electrokinetic measurements can be used to investigate the effect of each of the excipients in a formulation on the dispersed materials surface characteristics. Figure 1 shows schematic examples of zeta potential Vs pH functions that are characteristic of certain surface conditions. These curves are found for example in the protolysis of acid or alkaline surface groups and in pH-dependent adsorption processes.Fig. 1 Model examples of pH Vs zeta functions showing dissociation of acid or alkaline surface groups and adsorptionHow does surface charge arise?Surface charges on suspended particles can be caused by a variety of phenomena. Figure 2 shows a number of possibilities. Dissociation of functional surface groups and/or adsorption of ions are the most important processes. In many formulations the adsorption of larger molecules containing charged groups such as surfactants and polyelectrolytes play a vital role.The surface charge of the particles is compensated in the liquid phase by counter-ions, ensuring a condition of electrical neutrality in the system as a whole.Lattice imperfectionsSurface-adsorbed ionsChemical reactions on the surface(dissociation of functional surface groups)Adsorption or dissociation of charge-bearing moleculesFig. 2 Examples of phenomena that lead to the development of surface chargeHow is particle charge measured?The electrochemical double layerThe interface between two phases, (solid/liquid, liquid/liquid or gas/liquid) differs in a number of ways to the bulk phase. One reason for this is the different distribution of electrical charges at the phase boundary. This leads to the development of an electrical double layer with a potential different to that within either phase.Fig. 3 Structure of the electrochemical double layer on a particle surface in a system containing electrolytesThe STERN double layer model is generally used to describe the charge distribution. Figure 3 shows in schematic form the distribution at the interface for the case of a negatively charged particle surface, (yo) Charges in each phase interact. In an electrolyte solution, a monolayer is quickly adsorbed directly on the particle surface.These are generally dehydrated ions and this region of a monolayer of ions is known as the inner Helmholtz layer.Whether these are anions or cations depends on whether they are 'Indifferent' ions or 'Specifically adsorbed' ions.Specifically adsorbed ions interact chemically with the surface; it could be a proton interacting with a carboxylic acid group for example. These ions can interact so strongly with the surface that they can cause charge reversal. Conversely if the ion is the same sign as the surface, the surface potential can be increased.In the absence of specifically adsorbed ions, this inner layer consists of dehydrated or partially dehydrated counter-ions. In the case of a negative surface in contact with indifferent ions Sodium and Chloride, this would be the Sodium ion and lead to a potential (yi). The next layer of ions (outer Helmholtz layer) are rigidly bound hydrated counter-ions, which reduce the potential to the value yd?. The internal and external Helmholtz layers form the STERN layer with thickness d. The distribution of charge carriers outside this layer, in a more diffuse region, reduces to zero in the bulk phase. Electrical neutrality ultimately exists at an infinite distance from the particle surface with n+ = n-.Particle movements in the medium, due to for example, Brownian motion or sedimentation, leads to the concept of a shear plane within the diffuse layer. This region separates the ions associated with the particle from those in the bulk phase. The potential at this shear plane is what is referred to as the zeta potential (x).The extent of the diffuse double layer is dependent on the ionic strength of the electrolytes and the valency of each of the ions. Multivalent ions are particularly important. Their effect on the screening of the surface charge is related to the counter-ion valency. The flocculation concentration for divalent counter-ions is on average about 100 times lower than for monovalent ions, and for trivalent ions about 1000 less. This is known as the Schultze-Hardy rule and is the explanation for the use of Aluminium or Ferric ions to cause the flocculation of particles with negative zeta potential in water treatment plants.Specific adsorptionThe distribution of ions is more complicated if ions exhibit specific adsorption behavior. Specific ion adsorption can have a dramatic effect on particle mobility at low ion concentrations.Figure 4 Shows how the composition of the medium can affect the surface potential and the extent of the electrical double layer. These three cases are arranged so the value of zeta potential is the same in each case. This demonstrates that the surface charge cannot be inferred from zeta potential.It is worth emphasizing the distinction between surface potential and zeta potential. The zeta potential is the controlling parameter for particle interactions. Modifying the zeta potential requires knowledge of the potential of the surface and its chemistry. Investigation of the interaction of ions with the surface, and their effect on zeta potential is assisted by the determination of zeta potential as a function of a number of parameters.The parameters that it is useful to investigate are pH, conductivity and the concentration of any specifically adsorbed ions or polymers in the system.Methods for determining the zeta potential:Electrokinetic phenomenaThere are four electrochemical phenomena that can be used for the determination of zeta-potential, electrophoresis, electroosmosis, streaming and sedimentation potentialElectrophoresis and streaming potential are the most important commercial effects that have been exploited to determine zeta potential. The Malvern Zetasizer uses electrophoresis, however electroosmosis is an interfering effect that must be considered (Fig.5). There are a number of ways of accounting for this effect. The use of measurements at the stationary layer is one method that is discussed in the next section.Fig. 5 Basic principles of electrophoresis and electroosmosisFig. 4 Potential trends at interfaces with differences in the chemical constitution, influence of specific ionic adsorption1. Positively charged particles on the surface, moderate2. adsorption of anions, moderate ionic strength positively charged particles with no specific adsorption,low concentration of electrolyte3.negatively charged particles, strong specific cationadsorption, moderate electrolyte concentrationMicro-electrophoresisThe conventional method for measuring zeta potential is to observe the migration of particles in a dispersion with a microscope andmeasure their velocity using a stopwatch. The current technique of laser Doppler velocimetry (LDV) has mostly replaced this laborious measurement procedure.Both techniques are based on measurement of the migration rate of dispersed particles under the influence of an electric field. The observed velocity (v), divided by the strength of the applied electrical field (E), is a direct measure of the electrophoretic mobility (µE) of the particles examined.v /E = µEThe zeta potential can be calculated from the mobility using the Henry equation.Henry equation:m E = e * x * f(k a)/6phe - dielectric constant of the medium, h - viscosity of the medium, f(k a) - correction factor which takes into account the thickness of the double layer and particle diameter. The unit k is a reciprocal length. 1/k is frequently described as the thickness of the double layer.In practice an approximation can be made for f(k a), this is f(k a) = 1.0 for non-polar media,f(k a)=1.5 for particle dispersions in polar media.f(k a) = 1.5 is a good approximation for particles >100nm in aqueous solutions with an ionic strength >10-3 M. This is known as Smoluchowski approximation:m E = e * x /4phat 25%C it is simplified to x = 12.85 m E mV.The second limiting case f(k a)=1.0 applies for very small particles in media with a low permittivity. This is known as the Hückel approximation.If the conventional microscopic observation technique is compared with modern techniques, the advantages of the LDV methods are many. Some important advantages are:•Statistically better measurements•Seconds measurement time rather than 10-30 minutes•Measurement of smaller particles, 5-10nm rather than a minimum of 200nm•Measurement of zeta potential distributions•Improvement in measurement repeatability due to a reduction in the Joule heating effect•Ability to automate complex measurements (e.g. pH or concentration dependences)The electrophoresis cellFigure 6 shows the structure in principal of an electrophoresis cell for determining the zeta potential. It comprises a quartz glass capillary 50mm long, cross section 5mm by 2mm, with electrodes at both ends. The capillary is sealed by valves to form a closed tube. The stationary layerIn the same way that an electrical double layer is associated with charged particles, the same structure exists at the charged capillary wall. This leads to a liquid flow in the cell due to electroosmosis. This adds a velocity to the particle mobility at all points in the cell except at a special position called the stationary layer or stationary plane. This is created in a closed capillary because of the return flow in the center of the cell. At the stationary layer the fluid flow along the cell wall is exactly cancelled by the return flow. Measurements at this position give the true electrophoretic mobility.Fig. 6 Electrokinetic effects in a closed electrophoresis cellThe position of the stationary plane is dependent on the cell geometry and can be calculated for symmetrical shapes of capillary. Zeta potential measurement techniqueIn contrast to the traditional microscope measuring technique, in the LDV method the particle image is replaced by the illumination of particles by intersecting laser beams, the observer's eye by the photomultiplier, and the stopwatch by the correlator.The Malvern system is called the Zetasizer. This system is available with different combinations of measured parameters. These are zeta potential, size, pH and conductivity. The features of this system are its ease of use provided by pre-aligned optics and single button measurement software.Fig. 7 Measurement arrangement for the heterodyne measurement methodHeterodyne opticsIn this optical arrangement the scattered light from particles in the measurement zone is mixed with attenuated light from the illuminating laser that is directly focused on the detector. These two beams intersect at a low angle, 12.7 degrees. (Fig. 7) This effectively increases the resolution as the effect of Brownian motion is greatly reduced at forward scattering angles. At higher angles, Brownian motion causes a problem as it 'smears' out the velocity spectrum, making it difficult to resolve mixtures of particles with different mobilities.Signal processing and data evaluationThe measurement technique used is often known as Laser Doppler Velocimetry (LDV).Moving particles in the measurement zone shift the frequency of scattered light proportional to their velocity.The scattered light is detected by a photon counting photomultiplier and the signal input to a digital correlator. This can be thought of as simply an efficient frequency analyzer using a Fourier transform algorithm to disentangling the mobilities of perhaps thousands or millions of particles into a number of mobility channels.As well as moving due to electrophoresis, the particles are moving due to Brownian motion. This makes the peak width broader than it should appear. To correct for this a measurement is done with no field present. The width of the peak produced will then be due only to the Brownian motion, and this width can be subtracted from the width produced by a measurement with the field applied.Fig. 8 Stages of signal processing from the correlation function to a Fourier Transform analysis (FFT) to frequency, mobility and zeta potential spectrumElectrode polarization and determination of sign of the zeta potentialAn alternating electrical field is used in order to exclude effects due to electrode polarization. The direction of movement of the particles is therefore periodically reversed during measurement.In addition to this, one of the two laser beams is modulated by means of an oscillating mirror in order to determine the direction of movement and thus the sign of charge of the particle. The modulator adds a known frequency to the signal. The direction of particle movement, and therefore the sign of the charge, can be identified in this way because the frequency detected due to the particles either adds or subtracts from this modulator frequency. Figure 9 shows the time link between the direction of the electrical field and the phase of the modulated beam. With this scheme the maximum amount of data is collected with the minimum electrode polarization.Fig. 9 Link between the applied reversing field and the phase of the modulatorA second advantage of the modulator is that particle mobilities at zero give a measured frequency, which is that of the modulator. This means that low mobility particles can be measured with the same high accuracy as particles with high mobility.Applications - possibilities for automationProperties of ultrafine disperse systems (dispersions, suspensions, and emulsions) can be examined or predicted using the zeta potential. To use this parameter, it is important to understand that the zeta potential is not a parameter of a particle alone. The zeta potential is dependent, as already discussed, on the particle and on its environment. Zeta potential data with no an exact description of the conditions under which it was measured are rarely meaningful.Controlled changes of the environment, such as pH, that lead to modification of the zeta potential, can give important informationabout the nature of the particle surface and the robustness of a dispersion to changes in the parameter.A single measurement of the zeta potential of a dispersion in a defined set of conditions is rarely useful for the purpose of characterization. Knowledge is required of how the zeta potential varies as parameters such as pH, conductivity and other factors change.This leads to the requirement for a large number of measurements. Automation of these changes can save time and improve repeatability.The Malvern MPT-1 AutotitratorThe MPT-1 autotitrator now enables the Zetasizer to make automated measurements of the dependence of zeta potential on pH, conductivity or any other additive.The automation allows measurements to be repeated by specifying a standard procedure. This makes the unattended measurements less dependant on the skill of the operator and the measurement time is reduced because the measurement is started as soon as the pH is stable.For example, a pH-dependent titration, from pH 3 to pH10, in 12 approximately equal steps is completed in about half an hour.Fig. 10 Set-up of the Zetasizer with the MPT-1 autotitratorThe Autotitrator software allows a wide range of control over how the titration should proceed.A method once developed can be stored as a standard operating procedure that can easily be recalled for a subsequent measurement.During the titration the results can be viewed on screen as an evolving plot. The final results are presented as a report that includes all relevant information about the titration, as well as a plot and calculation of all iso-electric points detected.Selected applications - an overviewDetermination of optimum dispersion conditions for a wide range of applications.Stabilization/destabilization of suspensions, dispersions and emulsions via electrostatic stabilization mechanisms.Determination of critical coagulation concentrations, sensitivity to the concentration of additives, such as salts, surfactants, polymers. Estimation of adsorbed polymer layer thickness.Optimizing surface coatings, effect of surface modificationsBiological applications, characterization of erythrocytes and blood platelets, characterization of cells, bacteria etc Characterization of material surfaces - biocompatibilityBrönsted acid-base properties of particle surfaces, significance in aqueous powder processing (ceramics, pigments, paints, varnishes, fillers etc), determination from pH-dependent trendsLewis acid-base properties of particle surfaces, significance in non-aqueous powder processing (ceramics, pigments, paints, varnishes, polymers), determination from correlation of zeta potential with electron donation/acceptanceR. NitzscheMalvern Instruments GmbH, Herrenberg M ConnahMalvern Instruments Ltd. UK。