【摘要】 深度解析激光多普勒电泳法测定固体表面Zeta电位的关键影响因素，涵盖离子强度、pH值及示踪剂选择，对比流动电位技术验证实验策略。

固体表面Zeta电位测试原理与技术革新（图1A）

激光多普勒电泳法测量Zeta电位实验装置原理图

图1 流动电位的示意图(A)流动电位，施加界面电动学现象气压梯度，在两个电极上测量电位差; 以及 B)定常状态电渗透。在两个电极上施加电位差引起的电场会产生离子电流。流体速度剖面的示意图如下所示。从左到右: 电渗流，逆压流和净流速在封闭通道的情况下。在定常状态，净电流为零，即流动电流和泄漏电流总和为零，测得的电位差为流动电位 ΔVs = Ex/L。整个电流 i 是由两个驱动力的耦合影响引起的，即气压梯度、p和电场，它们根据相应的昂萨格互易关系相关联

 

当固体与水相接触时，界面处电荷分布不均形成电双层（EDL）​。这一现象在电化学、胶体稳定性及微流体技术中至关重要。Zeta电位作为EDL剪切面的电势指标，是表征材料表面电荷的核心参数。传统测量依赖流动电位法（平面材料）和激光多普勒电泳（胶体颗粒），而新型电渗流绘图技术（EOFM）​的出现，让单台设备兼容两类测试成为可能。

 

激光多普勒电泳法（LDE-PALS）的技术优势

新型商用仪器通过相位分析光散射（PALS）​模式，结合低成本的浸渍池附件，实现宏观固体表面Zeta电位的高效测定。如图1B（alt="LDE-PALS电渗流绘图技术示意图"）所示，该技术通过空间分辨电泳迁移率测量，精准分析表面反离子引发的电渗流，突破传统设备限制。

 

影响Zeta电位测定的四大关键因素

1.离子强度调控

电解质浓度直接影响EDL厚度，高离子强度压缩双电层，导致Zeta电位绝对值降低。实验表明，0.1 mM KCl溶液测得的硼硅玻璃Zeta电位为-45 mV，而浓度升至10 mM时降至-15 mV。

2.​pH值适应性

溶液酸碱度通过改变表面羟基解离状态影响电荷分布。以二氧化硅为例，pH>2时表面带负电，Zeta电位随pH升高而趋负，但需注意示踪剂化学稳定性。

3.示踪剂化学性质匹配

聚苯乙烯微球（羧基修饰）与二氧化硅表面兼容性最佳，而氨基修饰粒子易因静电吸附导致数据偏差。建议根据材料表面电荷特性选择示踪剂。

4.​粒径选择策略

小尺寸示踪剂（如200 nm）可提高空间分辨率，但信噪比低；大颗粒（1 μm）稳定性强但易受布朗运动干扰。推荐根据实验精度需求选择300-500 nm示踪剂。

 

实验验证：EOFM与流动电位法的数据对比

研究团队以硼硅玻璃为样本，在pH 7、10 mM NaCl条件下，EOFM法测得Zeta电位为-38.2±1.5 mV，与流动电位法结果（-36.8±2.1 mV）高度吻合（图3，alt="两种方法Zeta电位测定结果对比柱状图"）。这表明优化后的测定策略在工业检测中具有可靠性。

 

操作优化建议

  • ​样品预处理：超声清洗去除表面污染物，避免电荷干扰
  • ​环境控制：25℃恒温减少热扰动对电渗流影响
  • ​数据校准：使用标准胶体溶液（如NIST SRM 1980）定期验证仪器

 

参考文献：1.Helena Mateos, Alessandra Valentini, Eric Robles, Anju Brooker, Nicola Cioffi, Gerardo Palazzo, Measurement of the zeta-potential of solid surfaces through Laser Doppler Electrophoresis of colloid tracer in a dip-cell: Survey of the effect of ionic strength, pH, tracer chemical nature and size, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 576, 2019, Pages 82-90, ISSN 0927-7757, https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.05.006.

 

科学指南针在全国建立32个办事处和20个自营实验室，拥有价值超2.5亿元的高端仪器。检测项目达4000+项，覆盖材料测试、环境检测、生物服务、行业解决方案、模拟计算等九大业务。累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。