幾乎所有與液體接觸的顆粒或宏觀材料，其表面均會(huì)帶電。Zeta 電位是表征這種帶電狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，可用于預(yù)測和控制膠體懸浮液或乳液的穩(wěn)定性。

什么是 Zeta 電位？

膠體的 Zeta 電位（ζ）受膠體顆粒靜電屏蔽影響，它反映了固體表面與溶劑界面處形成的靜電力大小。

內(nèi)層被稱為斯特恩層。顆粒表面的凈帶電狀態(tài)影響離子的分布，當(dāng)靠近膠體顆粒表面時(shí)，反離子的濃度會(huì)增加。

強(qiáng)束縛離子和本體溶液之間的邊界通常被稱為滑動(dòng)層，在此邊界處測得的電位被定義為 Zeta 電位。Zeta 電位通常通過光散射進(jìn)行測量，反映了顆粒在電場作用下的運(yùn)動(dòng)。顆粒的運(yùn)動(dòng)受滑動(dòng)層電位影響，因此 Zeta 電位始終與真實(shí)表面電位成正比，但絕對值更小。Zeta 電位通常以毫伏（mV）為單位表示。

膠體顆粒的 Zeta 電位受多種因素影響，其中最直接的因素是表面電荷，由帶離子的側(cè)鏈解離產(chǎn)生（例如，可滴定基團(tuán)，如羧基、伯胺和仲胺以及其他任何 pH 或氧化還原敏感基團(tuán)），或因永久電荷載體（例如，磺酸鹽、季銨鹽等）的存在產(chǎn)生。

為什么 Zeta 電位很重要？

幾乎所有與液體接觸的納米材料表面都帶電，Zeta 電位是表征這種表面帶電狀態(tài)的重要指標(biāo)，被用來預(yù)測和控制膠體懸浮液和乳液的穩(wěn)定性，以及預(yù)測潛在不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如顆粒聚集或自組裝等。

以這種方式抵抗吸引力的現(xiàn)象通常被稱為膠體穩(wěn)定性，正是這種長程排斥和短程吸引之間的平衡，使得膠體能夠保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。

許多行業(yè)都要求其最終產(chǎn)品具有這種膠體穩(wěn)定性，以避免團(tuán)聚或自聚集。無論是涂料、顏料、化妝品還是食品制造行業(yè)，都以 Zeta 電位作為最終產(chǎn)品穩(wěn)定性的指標(biāo)。

當(dāng) Zeta 電位接近零時(shí)，顆粒之間的靜電斥力會(huì)降低，這通常會(huì)導(dǎo)致顆粒相互粘附，形成無限制的團(tuán)聚或聚集。

這種使膠體喪失穩(wěn)定性的典型應(yīng)用是使用絮凝劑誘導(dǎo)顆粒團(tuán)聚，比如在水處理、廢水處理以及紙漿和造紙行業(yè)中。在處理地表水時(shí)，使用絮凝劑使5微米或更小的顆粒形成絮凝體。這些顆粒在未經(jīng)處理的情況下通常不會(huì)沉淀，絮凝體的形成使得顆粒可以從水中去除，從而使其符合美國環(huán)保署（EPA）關(guān)于飲用水最大濁度水平的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。

總而言之，Zeta 電位的絕對值是預(yù)測懸浮液或乳液穩(wěn)定性/不穩(wěn)定性的指標(biāo)，當(dāng) Zeta 電位值接近0 mV時(shí)，顆粒會(huì)傾向于相互粘附；而當(dāng) Zeta 電位絕對值大于20 mV時(shí)，顆粒將趨于穩(wěn)定并保持懸浮狀態(tài)。

如何測量 Zeta 電位？

布魯克海文儀器公司提供兩種使用光散射原理的 Zeta 電位測量儀器。這兩種方法都基于激光多普勒電泳（LDE），出于歷史原因，在此分別稱為電泳光散射（ELS）和相位分析光散射（PALS）。

測量 Zeta 電位時(shí)，需將電極組件插入裝有待測樣品的樣品池中。電極包含兩片金屬鈀，通過向其施加電壓來產(chǎn)生電場，當(dāng)向電極施加電壓時(shí)，顆粒將向相反帶電狀態(tài)的極板移動(dòng)。激光束照射樣品后，在15°散射角（前向散射）使用雪崩光電二極管檢測器（APD）檢測散射光，確定顆粒的電泳運(yùn)動(dòng)情況。通過將樣品散射光和參比光相拍，由此產(chǎn)生的信號用于確定電泳方向及速度。

上圖為 Zeta 電位測量儀器的總體框架圖。如圖所示，激光束被分為樣品光束和參比光束，樣品光束將穿過裝有電極的樣品池，參比光束通過壓電陶瓷以已知頻率進(jìn)行振蕩。

電泳光散射（ELS）

此處的 ELS 特指激光多普勒技術(shù)，這是電泳光散射的最常見應(yīng)用。在使用 ELS 技術(shù)時(shí)， 通過測量由于帶電顆粒在電極間運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的多普勒頻移得到顆粒的電泳速度，由該電泳速度進(jìn)一步計(jì)算可以得到 Zeta 電位值。

ELS 能夠給出簡單的 Zeta 電位分布，適合低鹽水分散體系的 Zeta 電位測量。

相位分析光散射（PALS）

PALS 方法通過測量參比信號與樣品信號之間的相位差來得到 Zeta 電位，這種方法的靈敏度比 ELS 高1000倍，因此非常適合于低電泳遷移率樣品的測量，比如高鹽體系、有機(jī)溶劑體系或粘稠介質(zhì)體系等。

相較于其他 LDE 技術(shù)，由于 PALS 技術(shù)的高靈敏度，測量時(shí)僅需向電極施加較低的電壓，可以避免因使用較高電壓而造成樣品變性現(xiàn)象，因此該方法也非常適合蛋白質(zhì)、小分子肽、抗體、寡核苷酸和其他生物樣品的Zeta 電位測量。

布魯克海文儀器公司提供多款用于測量 Zeta 電位的儀器，共有四種型號供您選擇：

1. 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的 Zeta Plus，使用電泳光散射方法測量 Zeta 電位

2. ZetaPALS 兼具電泳光散射和相位分析光散射技術(shù)

3. 90Plus PALS不僅能使用電泳光散射和相位分析光散射技術(shù)測量 Zeta 電位，還能夠在15°或90°散射角通過動(dòng)態(tài)光散射（DLS）技術(shù)測量顆粒粒度。

4. Omni 除了具有與 90Plus PALS 相同的所有功能外，還可以通過173°背向檢測角測量顆粒粒度，非常適合50納米以下的小顆粒。