歐奇奧儀器(北京)有限公司
已認(rèn)證
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在膠體體系中,顆粒間的運(yùn)動(dòng)和力通常受相鄰顆粒的電荷影響。當(dāng)我們測(cè)量zeta電位時(shí),顆粒的有效電荷的測(cè)定才是真正要探討的問(wèn)題。換言之:zeta電位是衡量一個(gè)顆粒/分子的電荷是如何影響另一個(gè)顆粒/分子的運(yùn)動(dòng)的。全電位描述了(探針)顆粒受電荷影響的程度,作為距離的函數(shù),它當(dāng)然會(huì)隨著距離的變化而變化:當(dāng)一個(gè)帶正電的探針顆粒靠近另一個(gè)帶正電的顆粒時(shí),它會(huì)非常“注意”另一個(gè)帶正電的顆粒的電荷——然而,當(dāng)它離另一個(gè)粒子較遠(yuǎn)時(shí),它不會(huì)太“注意”它。物理學(xué)將其描述為靜電勢(shì)隨1/r(或探針與顆粒之間距離)的變化而下降。
當(dāng)樣品通過(guò)在分散液中添加額外的離子而改變時(shí),如鹽NaCl的存在,會(huì)發(fā)生一個(gè)有趣的效果,鹽的離子(也會(huì)有正的[Na+]和負(fù)的[Cl-]離子)會(huì)在帶正電荷的顆粒周?chē)帕?。?dāng)存在大量鹽時(shí),許多離子將傾向于在顆粒周?chē)纬梢粓F(tuán)離子,這將產(chǎn)生屏蔽或減弱顆粒凈電荷的凈效應(yīng)。這種效應(yīng)以德拜命名,這種屏蔽的一個(gè)特征長(zhǎng)度量度稱(chēng)作德拜長(zhǎng)度,它是與靜電力顯著減小(到1/e)的顆粒的距離。高濃度鹽的緩沖液或溶液的德拜長(zhǎng)度很小,只有少量額外離子的溶液的德拜長(zhǎng)度很長(zhǎng)。
對(duì)于25℃水溶液中的單價(jià)離子,Debye-Hückel德拜長(zhǎng)度1/k以納米為單位(最終可從DLVO理論推導(dǎo))。作為水緩沖液中典型德拜長(zhǎng)度的一個(gè)例子。
100mM的鹽:~1nm德拜長(zhǎng)度
10mM的鹽:~3nm德拜長(zhǎng)度
1mM的鹽:~10nm德拜長(zhǎng)度
德拜屏蔽與zeta電位
因?yàn)殡x子對(duì)靜電勢(shì)的影響,這種影響在zeta電位的測(cè)量中可以觀(guān)察到。Zeta電位測(cè)量是一種測(cè)量在膠體雙電層滑動(dòng)面上靜電勢(shì)影響強(qiáng)度的方法。當(dāng)向膠體樣品中加入更多的離子時(shí),有效zeta電位將降低,因?yàn)樗?/span>Debye-Hückel屏蔽云中的反離子所“屏蔽”。當(dāng)減少樣品中離子的存在時(shí),情況正好相反:電荷現(xiàn)在到達(dá)更遠(yuǎn)的地方,其凈效應(yīng)更強(qiáng),從而產(chǎn)生更強(qiáng)的zeta電位。
在不同離子強(qiáng)度的硝酸鋰LiNO3中制備的氧化鋁顆粒數(shù)據(jù)中可以觀(guān)察到這種效應(yīng):較低的鹽濃度顯示出較強(qiáng)的zeta電位,而較高的鹽濃度抑制了觀(guān)測(cè)值,使zeta電位更接近于零。
德拜長(zhǎng)度和價(jià)態(tài)
離子的價(jià)態(tài)Z對(duì)德拜長(zhǎng)度有影響:價(jià)態(tài)越大,德拜長(zhǎng)度越小,即離子屏蔽靜電力的效率越高。有趣的是,當(dāng)進(jìn)行電解質(zhì)聚沉?xí)r,且“目標(biāo)”zeta電位接近于零時(shí),具有較大價(jià)態(tài)的離子能夠更早地影響聚沉,即聚沉發(fā)生在較低濃度下。
多價(jià)態(tài)離子尤其重要。它們對(duì)表面電荷屏蔽的影響與反離子價(jià)態(tài)有關(guān)。二價(jià)反離子的聚沉濃度平均比一價(jià)離子低100倍左右,三價(jià)離子的聚沉濃度平均比一價(jià)離子低1000倍左右。這被稱(chēng)為Schulze-Hardy法則,是對(duì)在水處理廠(chǎng)中使用鋁[Al3+]或鐵[Fe3+]離子導(dǎo)致具有負(fù)zeta電位的顆粒聚沉的解釋。
因此,鹽或其他離子的存在對(duì)膠體樣品中的靜電力的到達(dá)有很大的影響。
美國(guó)分散科技公司(DTI)專(zhuān)注于非均相體系表征的科學(xué)儀器業(yè)務(wù)。 DTI開(kāi)發(fā)的基于超聲法原理的儀器主要應(yīng)用于在原濃的分散體系中表征粒徑分布、 zeta電位、流變學(xué)、固體含量、孔隙率,包括CMP漿料,納米分散體,陶瓷漿料,電池漿料,水泥家族,藥物乳劑等,并可應(yīng)用于多孔固體。
除了zeta電位和電導(dǎo)率測(cè)定外,還能同時(shí)給出膠體顆粒的德拜長(zhǎng)度、杜坎數(shù)和表面電荷密度等微觀(guān)電學(xué)性質(zhì)信息。
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