Zeta電位是反映懸液中顆粒表面帶電性質(zhì)的重要參數(shù)，對乳液、凝膠、懸液等體系穩(wěn)定性研究有重要指導(dǎo)意義。那如何測量懸液中顆粒的Zeta電位呢？現(xiàn)在市面上有很多種技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)電位測試，比如動(dòng)態(tài)圖像電泳法、超聲波電泳技術(shù)等，但相對最為成熟的方法還是電泳光散射技術(shù)，其主要測試原理如下：

圖1. 顆粒的電泳和Henry方程

我們知道，對于一個(gè)帶電的顆粒，如果我們將其置于一個(gè)已知強(qiáng)度的電場中，由于電場力的存在，帶電粒子就會(huì)在電場中進(jìn)行電泳運(yùn)動(dòng)，其中正電荷往負(fù)極走，負(fù)電荷往正極走。根據(jù)Henry方程，在單位電場條件下，顆粒的電泳遷移率將會(huì)直接正比于顆粒的Zeta電位。換句話說，只要能夠準(zhǔn)確測量帶電粒子在電場中移動(dòng)的速度，就可以通過Henry方程得到顆粒的Zeta電位。但對于微觀顆粒其尺寸非常小，移動(dòng)速度又相對較慢，因此常規(guī)的測試方法要想準(zhǔn)確測得顆粒的移動(dòng)速度將會(huì)面臨較大挑戰(zhàn)，而電泳+光散射的方式，則恰恰可以較好地解決這個(gè)問題。根據(jù)光學(xué)多普勒效應(yīng)，一束光照射到一個(gè)移動(dòng)的物體上，散射光的頻率將會(huì)發(fā)生變化，物體移動(dòng)越快，則反射波頻率變化越大，通過測量散射光頻率的變化，即可得到顆粒的移動(dòng)速度，從而計(jì)算出顆粒的Zeta電位。

 圖2. 多普勒效應(yīng)

雖然其理論上已經(jīng)相對成熟，但要真正實(shí)現(xiàn)Zeta電位的準(zhǔn)確測試還是會(huì)面臨很多實(shí)際問題和挑戰(zhàn)。比如由于顆粒移動(dòng)速度相對較慢，顆粒移動(dòng)引起的光波頻率變化只有幾十到幾百赫茲，而本身一束激光的頻率在10¹⁴赫茲左右，這就意味著這個(gè)頻率變化非常小，很難準(zhǔn)確測到。還有待測顆粒非常小，很多都在納米級別，這也就意味著散射光信號非常弱，而弱信號對噪音和擾動(dòng)非常敏感等等。應(yīng)對于這些難點(diǎn)和測試需求，丹東百特儀器有限公司在BeNano系列儀器中采取了一系列新的技術(shù)和設(shè)計(jì)，比如采用現(xiàn)在先進(jìn)的拍頻+相位分析技術(shù)，就是來解決頻率變化很小這個(gè)難題的。通過使用高靈敏度的APD雪崩光電二極管代替常規(guī)的PMT檢測器來增加弱信號的靈敏度，同時(shí)各種光纖和光路補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用極大的優(yōu)化了光路穩(wěn)定性，大大拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域和效果。

 圖3. 電泳光散射光路示意圖

    這樣，一臺技術(shù)先進(jìn)、結(jié)果準(zhǔn)確的Zeta電位儀器就研發(fā)出來了，但是要想真正讓其發(fā)揮大的作用，實(shí)驗(yàn)過程和條件也缺一不可。畢竟顆粒可能懸浮在不同的液體環(huán)境中，其本身電位會(huì)受多種環(huán)境因素，比如溶液pH值、電導(dǎo)率、組成成分及濃度等影響，究竟有何影響，我們將在《Zeta電位的前世今生三》中揭曉。