zeta电位仪：一种粒子表面电荷测量仪器

　　zeta电位仪是用于测定胶体分散体系中颗粒表面电荷特性的关键分析仪器。其核心原理基于电泳现象，通过施加电场使带电颗粒在分散介质中发生定向移动，利用激光多普勒测速等技术精确测量颗粒的电泳迁移率，再依据相关理论模型计算出zeta电位值。该参数直接反映了颗粒间静电排斥作用的强弱，是评估胶体稳定性、预测分散体系絮凝或凝聚趋势的重要指标。仪器广泛应用于纳米材料、生物医药、涂料、水处理及食品化工等领域，为优化产品配方及工艺控制提供关键数据支撑。
 

　　一、 什么是zeta电位？
 

　　在深入了解仪器之前，必须先理解zeta电位的概念。
 

　　当固体颗粒与液体接触时，其表面会由于电离、离子吸附或溶解等原因而带电。为了维持电中性，液体中带相反电荷的离子(反离子)会被吸引到颗粒周围，形成所谓的“双电层”。
 

　　双电层包括两部分：
 

　　内层(Stern层)： 反离子被紧密吸附在颗粒表面。
 

　　外层(扩散层)： 反离子由于热运动而扩散分布，浓度随距离颗粒表面变远而逐渐降低。
 

　　zeta电位 定义为颗粒的滑动面 上的电势。滑动面是当颗粒在液体中运动时，随颗粒一起移动的流体边界与静止流体之间的假想面。它位于Stern层之外，扩散层之内。
 

　　zeta电位的意义：
 

　　胶体稳定性的直接指标： zeta电位绝对值越高，颗粒间静电排斥力越强，体系越稳定，不易发生聚集或沉淀。
 

　　反之， zeta电位绝对值越低，排斥力越弱，颗粒越容易相互靠近并通过范德华力发生聚集沉淀。这个零点被称为等电点。
 

　　二、基本原理和工作方式
 

　　zeta电位是表征粒子表面电荷状态的一个重要参数。zeta电位仪通过运用著名的Smoluchowski公式，即zeta电位与颗粒在电场中移动速度之间的关系，来测量颗粒的zeta电位。该公式基于电双层理论，并假设颗粒具有均匀分布的电荷。当施加电场时，颗粒会受到电场力的作用而移动，其速度与zeta电位呈正比。通过测量颗粒的移动速度，可以计算出zeta电位的数值。
 

　　它的工作方式通常涉及借助激光多普勒测速技术来测量颗粒的移动速度。首先，悬浮颗粒被注入到一个透明的测量池中，并施加外加电场。然后，通过激光束照射到颗粒上，利用散射粒子的多普勒频移来测量其速度。由于多普勒效应，移动的颗粒会改变散射光的频率，从而可以准确测量颗粒的移动速度。最后，根据Smoluchowski公式，结合已知的测量参数，计算出zeta电位的数值。
 

       三、主要工作特点：

 

　　1、粒径分析：可以通过测量悬浮液中颗粒的电动势，计算得出颗粒的zeta电位。根据Zeta电位的数值和极性，可以推导出颗粒的表面电荷特性，进而评估颗粒的稳定性和相互作用。
 

　　2、稳定性评估：通过测量zeta电位，可以获得悬浮液中颗粒之间的相互作用信息。当颗粒表面带有相同电荷时，它们会发生排斥作用，从而增加悬浮液的稳定性。反之，当颗粒带有相反电荷时，它们会发生吸引作用，导致颗粒聚集和沉降。
 

　　3、质量控制：可用于质量控制过程中的颗粒表面电荷测量。通过监测Zeta电位的变化，可以及时检测到颗粒表面电荷的变化和悬浮液稳定性的改变，从而帮助调整生产过程、改进产品质量。
 

　　四、应用领域
 

　　1、胶体稳定性研究：通过测量颗粒的zeta电位，可以评估胶体溶液的稳定性。当颗粒表面带有电荷时，相互之间的静电排斥作用能够阻止颗粒的聚集和沉降，从而保持溶液的分散状态。
 

　　2、药物传递系统：在药物传递和纳米药物载体研究中，了解颗粒表面电荷对其在生物体内的行为至关重要。zeta电位仪可以帮助研究人员评估纳米颗粒在生物环境中的稳定性和相互作用，以优化药物传递系统的设计。
 

　　3、涂料和油墨工业：在涂料和油墨生产中，理解颗粒间的相互作用对于产品质量至关重要。通过测量zeta电位，可以评估颗粒之间的静电相互作用，从而调整涂料和油墨的流动性、分散性和稳定性。
 

　　4、矿物学和石油工业：在矿物学和石油工业中，了解颗粒表面电荷的特性对于理解沉积过程、浮选行为以及油水。
 

　　五、实验注意事项
 

　　1、样品制备：需充分分散，避免团聚。
 

　　2、温度控制：温度波动可能影响Zeta电位值，建议恒温测量。
 

　　3、电场强度：过高电场可能导致颗粒变形或电荷中和。
 

　　六、核心应用场景​​
 

　　​​1. 纳米材料稳定性设计​​
 

　　​​案例​​：二氧化钛(TiO₂)纳米颗粒在|ζ| > 30 mV时分散稳定，防止光催化活性衰减；
 

　　​​关键操作​​：pH滴定确定等电点(IEP)，指导表面修饰剂(如硅烷偶联剂)用量。
 

　　​​2. 生物医药制剂开发​​
 

　　​​mRNA-LNP疫苗​​：优化Zeta电位至+2~+10 mV，增强细胞摄取效率；
 

　　​​抗体药物​​：|ζ| < 10 mV时触发聚集预警(加速稳定性试验验证)。
 

　　​​3. 工业过程控制​​
 

　　​​水处理​​：絮凝剂添加后Zeta电位趋近0 mV(胶体脱稳临界点)，优化絮凝效率；
 

　　​​陶瓷浆料​​：|ζ| > 40 mV时黏度降低50%，保障注塑成型流动性。
 

　　​​4. 食品与化妆品​​
 

　　​​乳液货架期预测​​：O/W乳液ζ < -25 mV或W/O乳液ζ > +25 mV可储存>12个月；
 

　　​​透皮给药系统​​：负电荷脂质体(ζ ≈ -35 mV)增强皮肤渗透率。