【摘要】 深度解析电渗透流(EOF)与流电位(SP)法在聚合物膜、金属等材料的表面zeta电位测量中的性能差异，涵盖示踪颗粒选择、导电材料处理等工业场景关键技术指标对比。

当固体材料与水溶液接触时，通过电离、离子吸附等过程形成表面电荷分布，其特性直接影响双电层模型中的关键参数——表面zeta电位（SZP）。本文针对两种主流测量技术（电渗透流EOF与流电位SP法），通过实验数据对比揭示其在不同材料场景中的适用边界。

 

一、技术原理与实验设计

实验选取六类典型材料：聚酰胺反渗透膜（图1）、聚丙烯箔、醋酸纤维素滤膜、氧化硅晶圆、镍基合金及多孔微滤膜，覆盖生物制药、海水淡化、食品包装等工业场景。通过调控pH值（3-10）、离子强度（1-50mM KCl）及施加电压（1-10V），系统评估两种技术的测量稳定性。

图1 使用乳胶示踪剂颗粒对反渗透膜进行EOF测量得到的SZP是离子强度的函数（a）。在2 mM KCl中不同位移时的典型表观zeta电位（b）和相应的相图（c）。在5 mM离子强度下EOF测量后乳胶示踪剂颗粒的尺寸分布（d）。

 

二、关键实验结果对比

1.​示踪颗粒影响

图2显示：硅基Ludox颗粒在pH 5-9区间保持稳定负电荷（ZP=-35mV至-45mV），水动力直径维持120±5nm，显著优于乳胶颗粒（50mM KCl时发生团聚）和BSA蛋白（pH敏感性强）。

图2 示踪剂ZP （a）和流体动力直径（b）在初始2mm KCl电解质溶液中的pH函数。

 

2.​技术适用场景

材料类型

EOF法误差范围

SP法误差范围

适用技术

多孔膜材料

±15mV

±5mV

SP优先

导电金属

表面损伤风险

±3mV

仅SP可用

聚合物薄膜

±8mV

±6mV

双技术

 

三、工业应用启示

1.​环境离子强度限制

EOF法在>5mM KCl时数据可靠性显著下降，而SP法在50mM仍保持稳定，这对海水淡化膜等高压场景的SZP监测具有指导意义。

​特殊材料警示

导电样品（如镍基合金）采用EOF法时，5V电压可导致表面氧化损伤，建议优先采用无接触式SP测量。

 

四、技术改进方向

  • ​新型示踪剂开发：研发宽pH耐受的无机-有机复合颗粒
  • ​设备升级路径：集成自动电位补偿模块提升EOF法精度
  • ​标准化建设：建立多孔材料SZP测量的ISO/IEC标准流程

 

参考文献：1.Plohl, O.;  Zemljič, L. F.;  Potrč, S.; Luxbacher, T., Applicability of electro-osmotic flow for the analysis of the surface zeta potential. RSC Adv. 2020, 10 （12）, 6777-6789.

 

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