Zeta 电位

几乎所有与液体接触的颗粒或宏观材料，其表面均会带电。Zeta 电位是表征这种带电状态的一个重要指标，可用于预测和控制胶体悬浮液或乳液的稳定性。

什么是 Zeta 电位？

胶体的 Zeta 电位（ζ）受胶体颗粒静电屏蔽影响，它反映了固体表面与溶剂界面处形成的静电力大小。

内层被称为斯特恩层。颗粒表面的净带电状态影响离子的分布，当靠近胶体颗粒表面时，反离子的浓度会增加。

强束缚离子和本体溶液之间的边界通常被称为滑动层，在此边界处测得的电位被定义为 Zeta 电位。Zeta 电位通常通过光散射进行测量，反映了颗粒在电场作用下的运动。颗粒的运动受滑动层电位影响，因此 Zeta 电位始终与真实表面电位成正比，但绝对值更小。Zeta 电位通常以毫伏（mV）为单位表示。

胶体颗粒的 Zeta 电位受多种因素影响，其中最直接的因素是表面电荷，由带离子的侧链解离产生（例如，可滴定基团，如羧基、伯胺和仲胺以及其他任何 pH 或氧化还原敏感基团），或因永久电荷载体（例如，磺酸盐、季铵盐等）的存在产生。

为什么 Zeta 电位很重要？

几乎所有与液体接触的纳米材料表面都带电，Zeta 电位是表征这种表面带电状态的重要指标，被用来预测和控制胶体悬浮液和乳液的稳定性，以及预测潜在不稳定结构，如颗粒聚集或自组装等。

以这种方式抵抗吸引力的现象通常被称为胶体稳定性，正是这种长程排斥和短程吸引之间的平衡，使得胶体能够保持稳定的分散状态。

许多行业都要求其最终产品具有这种胶体稳定性，以避免团聚或自聚集。无论是涂料、颜料、化妆品还是食品制造行业，都以 Zeta 电位作为最终产品稳定性的指标。

当 Zeta 电位接近零时，颗粒之间的静电斥力会降低，这通常会导致颗粒相互粘附，形成无限制的团聚或聚集。

这种使胶体丧失稳定性的典型应用是使用絮凝剂诱导颗粒团聚，比如在水处理、废水处理以及纸浆和造纸行业中。在处理地表水时，使用絮凝剂使5微米或更小的颗粒形成絮凝体。这些颗粒在未经处理的情况下通常不会沉淀，絮凝体的形成使得颗粒可以从水中去除，从而使其符合美国环保署（EPA）关于饮用水最大浊度水平的指导标准。

总而言之，Zeta 电位的绝对值是预测悬浮液或乳液稳定性/不稳定性的指标，当 Zeta 电位值接近0 mV时，颗粒会倾向于相互粘附；而当 Zeta 电位绝对值大于20 mV时，颗粒将趋于稳定并保持悬浮状态。

如何测量 Zeta 电位？

布鲁克海文仪器公司提供两种使用光散射原理的 Zeta 电位测量仪器。这两种方法都基于激光多普勒电泳（LDE），出于历史原因，在此分别称为电泳光散射（ELS）和相位分析光散射（PALS）。

测量 Zeta 电位时，需将电极组件插入装有待测样品的样品池中。电极包含两片金属钯，通过向其施加电压来产生电场，当向电极施加电压时，颗粒将向相反带电状态的极板移动。激光束照射样品后，在15°散射角（前向散射）使用雪崩光电二极管检测器（APD）检测散射光，确定颗粒的电泳运动情况。通过将样品散射光和参比光相拍，由此产生的信号用于确定电泳方向及速度。

上图为 Zeta 电位测量仪器的总体框架图。如图所示，激光束被分为样品光束和参比光束，样品光束将穿过装有电极的样品池，参比光束通过压电陶瓷以已知频率进行振荡。

电泳光散射（ELS）

此处的 ELS 特指激光多普勒技术，这是电泳光散射的最常见应用。在使用 ELS 技术时， 通过测量由于带电颗粒在电极间运动所产生的多普勒频移得到颗粒的电泳速度，由该电泳速度进一步计算可以得到 Zeta 电位值。

ELS 能够给出简单的 Zeta 电位分布，适合低盐水分散体系的 Zeta 电位测量。

相位分析光散射（PALS）

PALS 方法通过测量参比信号与样品信号之间的相位差来得到 Zeta 电位，这种方法的灵敏度比 ELS 高1000倍，因此非常适合于低电泳迁移率样品的测量，比如高盐体系、有机溶剂体系或粘稠介质体系等。

相较于其他 LDE 技术，由于 PALS 技术的高灵敏度，测量时仅需向电极施加较低的电压，可以避免因使用较高电压而造成样品变性现象，因此该方法也非常适合蛋白质、小分子肽、抗体、寡核苷酸和其他生物样品的Zeta 电位测量。

布鲁克海文仪器公司提供多款用于测量 Zeta 电位的仪器，共有四种型号供您选择：

1. 经济实惠的 Zeta Plus，使用电泳光散射方法测量 Zeta 电位

2. ZetaPALS 兼具电泳光散射和相位分析光散射技术

3. 90Plus PALS不仅能使用电泳光散射和相位分析光散射技术测量 Zeta 电位，还能够在15°或90°散射角通过动态光散射（DLS）技术测量颗粒粒度。

4. Omni 除了具有与 90Plus PALS 相同的所有功能外，还可以通过173°背向检测角测量颗粒粒度，非常适合50纳米以下的小颗粒。