Zeta電位及其測定方法

1、Zeta電位及其測定方法Zeta電位（Zeta potential），又叫電動(dòng)電位或電動(dòng)電勢（電位或電勢），是指滑動(dòng)面(Shear Plane)的電位。它是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。目前測量Zeta電位的方法主要有電泳法、電滲法、流動(dòng)電位法以及超聲波法,其中以電泳法應(yīng)用最廣。Zeta電位的重要意義在于它的數(shù)值與膠態(tài)分散的穩(wěn)定性相關(guān)。Zeta電位是對(duì)顆粒之間相互排斥或吸引力的強(qiáng)度的度量，分子或分散粒子越小，Zeta電位（正或負(fù)）越高，體系越穩(wěn)定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta電位（正或負(fù)）越低，越傾向于凝結(jié)或凝聚，即吸引力超過了排斥力，分散被破壞而發(fā)生凝結(jié)或凝聚。Zeta電位與體

2、系穩(wěn)定性之間的大致關(guān)系如下表所示。Zeta電位mV膠體穩(wěn)定性0 ±5,快速凝結(jié)或凝聚±10 ±30開始變得不穩(wěn)定±30 ±40穩(wěn)定性一般±40 ±60較好的穩(wěn)定性超過±61穩(wěn)定性極好1、Zeta電位及Stern模型1.1膠體雙電層理論、膠團(tuán)結(jié)構(gòu)：膠體粒子間的靜電排斥力減少相互碰撞的頻率,使聚結(jié)的機(jī)會(huì)大大降低,從而增加了相對(duì)的穩(wěn)定性。當(dāng)固體與液體接觸時(shí),可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子,也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進(jìn)入溶液,以致使固液兩相分別帶有不同符號(hào)的電荷,在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。對(duì)于雙電層的

3、具體結(jié)構(gòu),最早于1879年Helmholz(亥姆霍茲)提出平板型模型;1910年Gouy和1913年Chapmar修正了平板型模型,提出了擴(kuò)散雙電層模型;后來Stern又提出了Stern模型。亥姆霍茲平板型模型亥姆霍茲認(rèn)為固體的表面電荷與溶液中帶相反電荷的(即反離子)構(gòu)成平行的兩層,如同一個(gè)平板電容器。整個(gè)雙電層厚度為漢固體表面與液體內(nèi)部的總的電位差即等于熱力學(xué)電勢仰,在雙電層內(nèi),熱力學(xué)電勢呈直線下降。在電場作用下,帶電質(zhì)點(diǎn)和溶液中的反離子分別向相反方向運(yùn)動(dòng)。該模型過于簡單,由于離子熱運(yùn)動(dòng),不可能形成平板電容器也不能解釋帶電質(zhì)點(diǎn)的表面電勢仰與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)固液兩相發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電勢差Zet

4、a電勢(電動(dòng)電勢)的區(qū)別,也不能解釋電解質(zhì)對(duì)Zeta電勢的影響等。擴(kuò)散雙電層模型Gouy(古依)和Chapman(查普曼)認(rèn)為,由于正、負(fù)離子靜電吸引和熱運(yùn)動(dòng)兩種效應(yīng)的結(jié)果,溶液中的反離子只有一部分緊密地排在固體表面附近,相距約一、二個(gè)離子厚度稱為緊密層;另一部分離子按一定的濃度梯度擴(kuò)散到本體溶液中,離子的分布可用玻茲曼公式表示,稱為擴(kuò)散層。雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成。移動(dòng)的切動(dòng)面為AB面。Gouy一ChaPman理論雖然考慮到了靜電吸引力和熱運(yùn)動(dòng)力的平衡,但是它沒有考慮到固體表面上的吸附作用,尤其是特殊的吸附作用。1.1.3 Stern模型1924年Stern(斯特恩)對(duì)擴(kuò)散雙電層模型作進(jìn)一

5、步修正。該模型認(rèn)為溶液一側(cè)的帶電層應(yīng)分為緊密層和擴(kuò)散層兩部分。他認(rèn)為固體表面因靜電引力和范德華引力而吸引一層反離子，緊貼固體表面形成一個(gè)固定的吸附層，這種吸附稱為特性吸附，這一吸附層（固定層）稱為Stern層（見上圖）。Stern層由被吸附離子的大小決定。吸附反離子的中心構(gòu)成的平面稱為Stern面?；瑒?dòng)面是比Stern面厚的一個(gè)曲折曲面，滑動(dòng)面由Stern層和部分?jǐn)U散層構(gòu)成。由Stern面到溶液中心的電位降稱為Stern電位，而Zeta電位是指由滑動(dòng)面到溶液中心的電位降。由于離子的溶劑化作用,膠粒在移動(dòng)時(shí),Stern層會(huì)結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動(dòng),所以滑移的切動(dòng)面要以Stern層略右的曲線表示。Stern理論除了從特殊吸附的角度來校正Gouy-Chapman理論外,還考慮到了離子具有一定大小。Gouy-Chapman理論假設(shè)溶液中電解質(zhì)離子為點(diǎn)電荷,它并不占有體積,因此它吸附在固體表面上并不會(huì)形成具有一定厚度的吸附層。但事實(shí)上離子不但具有一定的體積,而且會(huì)形成溶劑化離子,特別是在水溶液中更易形成水化離子。2.Zeta電位的應(yīng)用Zeta電位有著廣泛的用途，如在造紙行業(yè)中，檢測纖維和填料表面的Zeta電位，可以有效的輔助化學(xué)品助劑的添加。另外，Zeta電位的測量使我們能夠詳細(xì)了解分散機(jī)理，它對(duì)靜電分散控制至關(guān)重要，對(duì)于釀造、