电泳光散射技术原理

发表时间：2023-07-25

浏览量：48

光散射基础：

*光是电磁波，其电场与磁场振动方向同传播方向相互垂直。

*当光穿过质点时，在光波电场作用下，质点中的电子会产生强迫振动，并向各个方向发射电磁波，就被称为散射光。

*散射光方向与入射光方向间的夹角为散射角。

*散射因子：

*散射光强：

即：散射光强与颗粒大小六次方成正比，与入射光波长四次方成反比，同时与样品dn/dc、浓度以及散射角有关。

Zeta电位：

由于分散粒子表面带有电荷而吸引周围的反号离子，这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层。根据Stern双电层理论可将双电层分为两部分，即Stern层和扩散层。另一部分反离子由于静电吸引和热扩散两种相反作用的平衡，分布在颗粒周围溶液中，与颗粒一起构成所谓的扩散双电层。如果对这种固 - 液分散体系施加一个直流电场，则带电颗粒将向相反电性的电极方向作定向运动，此即电泳现象。带电的颗粒表面与溶液内部的电位差称为颗粒的表面电位，它使颗粒做电泳运动时，会带着固定吸附层和部分（与颗粒表面紧密结合的）溶剂分子一起运动，与液体之间形成滑动面，此滑动面与液体内部的电位差被称为 Zeta 电位。Zeta 电位通常利用电泳方法测量，即带电的颗粒在电场作用下运动，其运动速度（称电泳速度）与 Zeta 电位呈正比关系，由此可以计算出 Zeta 电位。

电泳光散射：

电泳光散射光路图：

电泳光散射基本计算模型：

电渗运动的影响：

*电渗运动是由于赤壁带电所引起的液体（分散相）运动；

*电渗运动与电泳运动方向相反；

*测得的运动速度=电泳运动+电渗运动

计算中，稳定层的微小偏差将产生巨大的影响：

A 10 micron error in the stationary level can lead to a 10% error in zeta potential" - Prof. Bob Pelton, University of Toronto

因此，传统方法测量Zeta电位需要寻找稳定层。

Zeta电位测量中的影响因素及其应对方法：

1、复杂情况：

a. 高盐样品：钝化电极（分散相中100cycle）

b. 高浓度/色度样品：物理稀释方法

c. 极小/大颗粒样品：增大电场强度

2、Zeta电位影响因素

a. 样品浓度对Zeta电位的影响：双电层叠加

b. 分散相离子浓度：压缩双电层

c. 分散相离子种类：改性

d. 电极吸附与交叉污染：清理电极与样品池

Zeta电位应用：

胶体与悬浮液的物理特性与颗粒－液体界面的特点与范围有着十分密切的关系：水机分散体系对于界面的电荷与离子结构十分敏感，而事实上，体系的离子环境也直接决定着颗粒的分散行为。因此，我们认为：胶体和悬浮液体系稳定性与所谓决定界面电化学特性的双电层结构密切相关。

因此与体系稳定有关的信息是十分重要的。需指出的是：当谈及胶体分散体系的稳定性时，主要是指表征体系的电导率随时间的变化。Zeta 电位的测量与颗粒－液体界面的双电层的特征和结构有关。

通常情况下，Zeta 电位的分析在颗粒的表面改性，包覆，分散剂的选择以及生泡、去泡等方面有着重要的应用价值。具体在以下工业过程中，Zeta 电位是一个关键因素：

以胶体分散体系的制备为目的，如在涂料、墨水、制药、化妆品、食品、钻井、着色以及农业化学中。

胶体分散体系的使用作为生产过程中的一个步骤，如在陶瓷成型、水泥、灰泥、制砖、制陶以及造纸、催化剂的生产中。

胶体现象的应用，包括：去污剂、在湿润粉末中十分重要的毛细现象、从水库石头上去除油脂、保持土壤中的潮湿与营养、表面的包覆、矿物的浮选、以及在糖的精炼中去除杂质、溶剂的回收、颜料的电泳沉淀等。破坏不希望产生的体系稳定，如：水的纯化、酒的精炼、污水处理、油乳破除剂、软泥的脱水等。

前一个：静态光散射技术原理
后一个：动态光散射技术原理