Zeta电位及其测定方法

Zeta电位及其测定方法Zeta电位（Zetapotential），又叫电动电位或电动电势（ζ电位或ζ电势），是指滑动面(ShearPlane)的电位。它是表征胶体分散系稳定性的重要指标。目前测量Zeta电位的方法主要有电泳法、电渗法、流动电位法以及超声波法,其中以电泳法应用最广。Zeta电位的重要意义在于它的数值与胶态分散的稳定性相关。Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量，分子或分散粒子越小，Zeta电位（正或负）越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta电位（正或负）越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚。Zeta电位与体系稳定性之间的大致关系如下表所示。Zeta电位[mV]胶体稳定性0±5,快速凝结或凝聚±10±30开始变得不稳定±30±40稳定性一般±40±60较好的稳定性超过±61稳定性极好1、Zeta电位及Stern模型1.1胶体双电层理论、胶团结构：胶体粒子间的静电排斥力减少相互碰撞的频率,使聚结的机会大大降低,从而增加了相对的稳定性。当固体与液体接触时,可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子,也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液,以致使固液两相分别带有不同符号的电荷,在界面上形成了双电层的结构。对于双电层的具体结构,最早于1879年Helmholz(亥姆霍兹)提出平板型模型;1910年Gouy和1913年Chapmar修正了平板型模型,提出了扩散双电层模型;后来Stern又提出了Stern模型。1.1.1亥姆霍兹平板型模型亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷的(即反离子)构成平行的两层,如同一个平板电容器。整个双电层厚度为汉固体表面与液体内部的总的电位差即等于热力学电势仰,在双电层内,热力学电势呈直线下降。在电场作用下,带电质点和溶液中的反离子分别向相反方向运动。该模型过于简单,由于离子热运动,不可能形成平板电容器也不能解释带电质点的表面电势仰与质点运动时固液两相发生相对移动时所产生的电势差—Zeta电势(电动电势)的区别,也不能解释电解质对Zeta电势的影响等。1.1.2扩散双电层模型Gouy(古依)和Chapman(查普曼)认为,由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果,溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近,相距约一、二个离子厚度称为紧密层;另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中,离子的分布可用玻兹曼公式表示,称为扩散层。双电层由紧密层和扩散层构成。移动的切动面为AB面。Gouy一ChaPman理论虽然考虑到了静电吸引力和热运动力的平衡,但是它没有考虑到固体表面上的吸附作用,尤其是特殊的吸附作用。1.1.3Stern模型1924年Stern(斯特恩)对扩散双电层模型作进一步修正。该模型认为溶液一侧的带电层应分为紧密层和扩散层两部分。他认为固体表面因静电引力和范德华引力而吸引一层反离子，紧贴固体表面形成一个固定的吸附层，这种吸附称为特性吸附，这一吸附层（固定层）称为Stern层（见上图）。Stern层由被吸附离子的大小决定。吸附反离子的中心构成的平面称为Stern面。滑动面是比Stern面厚的一个曲折曲面，滑动面由Stern层和部分扩散层构成。由Stern面到溶液中心的电位降称为Stern电位，而Zeta电位是指由滑动面到溶液中心的电位降。由于离子的溶剂化作用,胶粒在移动时,Stern层会结合一定数量的溶剂分子一起移动,所以滑移的切动面要以Stern层略右的曲线表示。Stern理论除了从特殊吸附的角度来校正Gouy-Chapman理论外,还考虑到了离子具有一定大小。Gouy-Chapman理论假设溶液中电解质离子为点电荷,它并不占有体积,因此它吸附在固体表面上并不会形成具有一定厚度的吸附层。但事实上离子不但具有一定的体积,而且会形成溶剂化离子,特别是在水溶液中更易形成水化离子。2.Zeta电位的应用Zeta电位有着广泛的用途，如在造纸行业中，检测纤维和填料表面的Zeta电位，可以有效的辅助化学品助剂的添加。另外，Zeta电位的测量使我们能够详细了解分散机理，它对静电分散控制至关重要，对于酿造、陶瓷、制药、药品、矿物处理和水处理等各个行业，Zeta电位是极其重要的参数。参考文献：《几种典型水溶液分散体系的Zeta电位及其稳定性研究》郭丽萍《膜Zeta电位测试技术研究进展》汪锰安全福