style="width:1.74656in;height:0.60654in" /> ………………………… (4) 本文是学习GB-T 32668-2016 胶体颗粒zeta电位分析 电泳法通则. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了用电泳法对胶体颗粒 zeta 电位进行测定时的通用规则。
本标准适用于以水为分散介质、表面光滑的理想硬球胶体颗粒的 zeta
电位分析，非理想硬球胶体
颗粒和软球胶体颗粒的 zeta 电位分析也可参照执行。
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 20099—2006 样品制备 粉末在液体中的分散方法
ISO 13099-1:2012 胶体体系 zeta 电位测量方法
第1部分：电声和电动现象(Colloidal sys-
tems—Methods for zeta-potential determination—Part 1:Electroacoustic and
electrokinetic phenome-
na)
ISO 13099-2:2012 胶体体系 zeta 电位测量方法
第2部分：光学方法(Colloidal systems—
Methods for zeta-potential determinatin—Part 2:Optical methods)
下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
表面电荷密度 electric surface charge density
0
由于液体体相离子的特异性吸附或表面基团的解离而在单位面积界面上所产生的电荷量。
注：单位为库仑每平方米(C/m²)。
3.1.2
表面电位 electric surface potential
亚
粒子表面到均匀液相内部的电位差。
注：引自 ISO 13099-2:2012,定义3. 1.3。
3.1.3
滑移面 slipping plane;shear plane
颗粒在电场中发生泳动时，在剪切应力的作用下，固-液界面附近的液体相对于表面发生滑移的抽
象面。
注：引自 ISO 13099-2:2012,定义3. 1.9。
GB/T 32668—2016
3.1.4
电泳 electrophoresis
浸于液体中的带电胶体颗粒或聚电解质在外加电场作用下的运动。
注：引自 ISO 13099-2:2012,定义3.1.3。
3.1.5
电泳速度 electrophoretie velocity
在电泳过程中胶体颗粒或聚电解质的运动速度。
注：引自 ISO 13099-2:2012,定义3.1.8。
3.1.6
电泳迁移率 electrophoretic mobility
电泳淌度
μ
单位电场强度下带电胶体颗粒或聚电解质的泳动速度。
注1:如粒子向低电位(负极)泳动，则电泳淌度值为正，反之为负。
注2:单位为平方米每伏秒[m²/(V · s)]{通常用微米厘米每伏秒[μm ·cm/(V ·
s)]表示}。
3.1.7
电泳法 electrophoresis
基于在液体介质中，测定带电胶体颗粒或聚电解质在直流电场作用下的电泳迁移率的一种方法。
3.1.8
德拜长度 Debye length
K
在电解质溶液中双电层的特征长度。
注：单位为纳米(nm)。
3.1.9
zeta 电位 zeta potential
电动电位 electrokinetic potential
5
悬浮在液体介质中的胶体颗粒双电层的滑动面与溶液体相之间的电位差。
注1:单位为伏特(V) [通常用毫伏(mV) 表示]。
注2:引自ISO13099-2:2012,定义3.1.4。
3.1.10
等电点 isoelectric point
与胶体体系中分散颗粒的 zeta 电位值为零相对应的液体介质的 pH 值。
3.1.11
理想硬球胶体颗粒 ideal hard colloidal particle
表面光滑(直至分子尺度)、化学性质均匀、且在剪切力下无形变的胶体颗粒。
3.1.12
非理想硬球胶体颗粒 unideal hard colloidal particle
虽然是非理想表面，但仍可以看作是刚性表面的胶体颗粒。
注：测定 zeta 电位时主要关注尺寸、形状、表面粗糙度和表面异质的影响。
3.1.13
软球胶体颗粒 soft colloidal particle
在剪切力下有形变的胶体颗粒。
注：在两种情况下颗粒不能当作硬球处理：第一种是表面附有毛发状吸附层、接枝或吸附层的硬球和可(部分)穿透
GB/T 32668—2016
的颗粒。第二种是水-油或水-气界面，液滴和气泡构成了一类特定的"软"颗粒。
下列符号适用于本文件。
E 电场强度
a 胶体颗粒半径
n 介质的折射率
θ 入射光和散射光之间的夹角
μ 电泳迁移率
a 表面电荷密度
η 介质的动力黏度
ε 介质的介电常数
△w 多普勒频移
坐。 表面电位
λ。 激光在真空中的波长
K⁻¹ 德拜长度
f(xa) 随 xa 变化的单调函数，f(ka) =1,f(ka) =3/2。
设胶体颗粒带电荷q, 在电场强度为 E 的电场中(若两电极间的距离为 L、
电位差为△V, 则 E=
△V/L, 即单位距离上的电位差),作用在胶体颗粒上的静电力 f 见式(1):
f=qE …………… ………… (1)
若球形胶体颗粒的半径为a,η 为液体介质的动力黏度，电泳速度为v, 根据
Stokes 定律，其运动阻
力 f '见式(2):
f'=6πηav ………………………… (2)
当胶体颗粒匀速泳动时，式(1)与式(2)两式相等，见式(3):
qE=6πŋav ………………………… (3)
则电泳迁移率μ可用式(4)表示：
style="width:1.74656in;height:0.60654in" /> ………………………… (4)
胶体颗粒表面的带电状态由离子在其周围的空间分布决定，这种电荷分布称之为双电层。经典双
电层模型是Stern
扩散双电层模型：第一层是紧靠于带电固体表面，包括牢固地吸附在固体表面上的离
子和参与部分溶剂化的水分子形成的内部紧密层，称为 Stern
层，它符合Langmuir 单层吸附理论，在紧 密层内从表面电位降至 Stern
面上的电位变化是线性的。第二层称为扩散层，其或多或少扩散分布在
与表面相接触的液体介质中，该层中包含过量的反离子(与表面电荷符号相反的离子)和少量的共离子
(与表面电荷符号相同的离子)。 Stern
扩散双电层模型见图1所示。胶体粒子在外加电场的作用下，
Stern 层与扩散层发生相对移动时的面称为滑移面或剪切面。
style="width:3.25334in;height:3.36666in" />
style="width:2.49326in;height:3.69336in" />GB/T 32668—2016
style="width:3.34664in;height:4.3934in" />
到颗粒表面的距离
a) 双电层结构示意图 b) 双电层结构示意图 c) 各 双
电 层 电 位 的 相 互 关 系 图
图 1 Stern
理论模型中的双电层
zeta 电位由带电表面的本质、表面电荷(通常由 pH
值决定)、溶液的电解质浓度、溶剂与电解质的
本质来共同决定，如果所有参数均固定，则胶体体系的 zeta
电位值也是确定的。 zeta 电位不能直接测
量，需要基于特定的理论模型，并通过电泳迁移率计算得到。 zeta
电位的计算理论分为基础理论和高等
理论，由于高等理论针对不同体系时需提供多个未知或难以获得的参数且计算繁琐，本标准仅对
zeta
电位计算的经典基础理论进行表述，高等理论可参考 ISO13099-1:2012
的附录D。
电泳迁移率的测量方法有显微电泳法(Microscopic
Electrophoresis)和电泳光散射法(Electro-
phoretic Laser Scattering,ELS),参见国际标准 ISO 13099-2:2012第 5 章 和
第 6 章
显微电泳法是通过光源照亮在外加电场作用下发生泳动的胶体颗粒，被照亮的颗粒能够产生散射
光从而可以被观察。在亮场时对比度较小，仅可观察尺寸大于200 nm
的颗粒。在暗场时能够捕捉尺
寸低至纳米尺度的、移动的胶体颗粒的图像。
显微电泳法是半自动方法，适合检测电泳迁移率体相均匀的胶体颗粒体系。颗粒的运动可通过对
显微镜进行手动调节而跟踪，如改变照明光的扫描速度或移动可反射胶体颗粒图像的棱镜。现代CCD
(charge-coupled
device)和计算机可实现胶体颗粒电泳图像的连续捕捉、转化和传输，通过精密分析带
有时间标记的视频帧，可重建胶体颗粒在外加电场作用下的移动轨迹，并测得电泳迁移率。由于显微电
泳法能够在非常短的时间内施加电场，从而解决了热扩散和电化学污染的问题。
应用显微电泳法测定时，还需注意测试仪器是否已考虑电渗对电泳的影响。此外，测试样品中的颗
粒浓度应足够低，以保证视频可对单个颗粒进行追踪。
应用显微电泳法测量胶体颗粒电泳迁移率的仪器设备的典型光路是90°激光散射装置，如图2所
示。激光照亮显微镜的焦平面，激光光束和显微镜轴均垂直于电场，电场方向垂直于纸面。激光照明、
显微镜、静止层应排成直线以避免电渗。
说明：
1——激光光源；
style="width:5.61995in;height:4.33994in" />
GB/T 32668—2016
图 2 显微电泳法测量电泳迁移率仪器的90°激光散射装置典型光路图
电泳光散射法(ELS) 是
一种集成方法，通过测量胶体颗粒散射光的多普勒频移来间接测量电泳迁
移率。在 ELS
实验中，入射光可照亮在外加电场作用下运动的胶体颗粒，根据所带净电荷符号的不同，
带电颗粒向电极的阳极或阴极移动，而颗粒的移动会使其散射光频率由于多普勒效应而发生位移，从频
移分布可确定颗粒的电泳迁移率分布。 ELS
能够快速、准确、自动且重复性高的测定分散在水或非水
介质中的复杂颗粒体系的电泳图谱。
样品池是 ELS
测量的关键因素，至少应具有三个功能：装载样品；提供外加电场；入射光和散射光
出入口。
ELS
测定电泳迁移率的仪器设备通常选用散射角处于15°~30°之间的小角光散射光路结合外差探
测进行测量，颗粒的布朗运动能减小光谱展宽。小角光散射的典型光路如图3所示。
说明：
1 — — 光调制器； 2 — — 衰减器；
style="width:6.36665in;height:3.4724in" />
6——分束器；
7——参考光束；
8——散射或参考光束；
9——处理器；
10——光电探测器。
图 3 电泳光散射装置小角光散射参考光束光学系统结构示意图
散射光的多普勒频移和颗粒的电泳迁移率之间的关系取决于测量设备的光学装置。对于小角光散
射测定装置，电泳迁移率的计算见式(5):
style="width:4.04661in;height:0.64658in" />
…………………………
(5)
style="width:1.67324in;height:1.6665in" />GB/T 32668—2016
式中：
△w—— 多普勒频移；
λ。 ——激光在真空中的波长；
n 介质的折射率；
E — 电场强度；
θ ——入射光和散射光之间的夹角；
zeta
电位是带电胶体颗粒的表面特性，与所使用的测量方法无关。但需要采用正确的电动理论计算模型
并确定其有效的应用范围，才能真实反映胶体颗粒的电动性质。本标准主要针对经典基础理论进行阐述。
对于非导电硬球胶体颗粒，5电位和电泳迁移率μ之间的关系广泛采用亨利(Henry)
方程的如下
扩展形式，见式(6);
式中：
η — 介 质 的 动 力 黏 度 ；
K — 德拜长度的倒数；
ε ——介质的介电常数；
a —— 胶体颗粒的半径；
style="width:1.68in;height:0.66in" />
…………………………
(6)
f(ka)—— 随 ka 变化的单调函数，f(ka)→=1,f(ka) =3/2。
测定 zeta 电位时，f(xa) 通常按如下情况进行取值：当xa>>1 时 ，f(xa)
取值3/2,即按斯莫路科夫
斯基(Smoluchowski) 方程(附录A)
进行计算，典型情况为分散在水介质中的大颗粒。当xa\<1 时，
f(ka) 取值1,即按休克尔(Hückel)
方程进行计算，典型情况为分散在有机介质中的小颗粒。但实际测
量体系比较复杂，可能并不满足上述两种基本理论模型ka>>1 或 xa\<1
更多内容 可以 GB-T 32668-2016 胶体颗粒zeta电位分析 电泳法通则. 进一步学习