相位光散射技術(shù)原理

發(fā)表時(shí)間：2023-07-25

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光散射基礎(chǔ)：

*光是電磁波，其電場與磁場振動方向同傳播方向相互垂直。

*當(dāng)光穿過質(zhì)點(diǎn)時(shí)，在光波電場作用下，質(zhì)點(diǎn)中的電子會產(chǎn)生強(qiáng)迫振動，并向各個(gè)方向發(fā)射電磁波，就被稱為散射光。

*散射光方向與入射光方向間的夾角為散射角。

*散射因子：

*散射光強(qiáng)：

即：散射光強(qiáng)與顆粒大小六次方成正比，與入射光波長四次方成反比，同時(shí)與樣品dn/dc、濃度以及散射角有關(guān)。

Zeta電位：

由于分散粒子表面帶有電荷而吸引周圍的反號離子，這些反號離子在兩相界面呈擴(kuò)散狀態(tài)分布而形成擴(kuò)散雙電層。根據(jù)Stern雙電層理論可將雙電層分為兩部分，即Stern層和擴(kuò)散層。另一部分反離子由于靜電吸引和熱擴(kuò)散兩種相反作用的平衡，分布在顆粒周圍溶液中，與顆粒一起構(gòu)成所謂的擴(kuò)散雙電層。如果對這種固 - 液分散體系施加一個(gè)直流電場，則帶電顆粒將向相反電性的電極方向作定向運(yùn)動，此即電泳現(xiàn)象。帶電的顆粒表面與溶液內(nèi)部的電位差稱為顆粒的表面電位，它使顆粒做電泳運(yùn)動時(shí)，會帶著固定吸附層和部分（與顆粒表面緊密結(jié)合的）溶劑分子一起運(yùn)動，與液體之間形成滑動面，此滑動面與液體內(nèi)部的電位差被稱為 Zeta 電位。Zeta 電位通常利用電泳方法測量，即帶電的顆粒在電場作用下運(yùn)動，其運(yùn)動速度（稱電泳速度）與 Zeta 電位呈正比關(guān)系，由此可以計(jì)算出 Zeta 電位。

電泳光散射：

電泳光散射光路圖：

電泳光散射基本計(jì)算模型：

電滲運(yùn)動的影響：

*電滲運(yùn)動是由于赤壁帶電所引起的液體（分散相）運(yùn)動；

*電滲運(yùn)動與電泳運(yùn)動方向相反；

*測得的運(yùn)動速度=電泳運(yùn)動+電滲運(yùn)動

計(jì)算中，穩(wěn)定層的微小偏差將產(chǎn)生巨大的影響：

A 10 micron error in the stationary level can lead to a 10% error in zeta potential" - Prof. Bob Pelton, University of Toronto

因此，傳統(tǒng)方法測量Zeta電位需要尋找穩(wěn)定層。

先進(jìn)的PALS技術(shù)：

*分辨率比傳統(tǒng)電泳光散射高1000倍！

*永久型電極設(shè)計(jì)，無使用成本

*無電滲運(yùn)動影響，無需尋找穩(wěn)定層

*可耐受水相和有機(jī)相樣品

*低電壓高電場設(shè)計(jì)，極板距離縮短10倍，可進(jìn)行3M鹽濃度的樣品測量

*可應(yīng)實(shí)驗(yàn)要求自動或人為調(diào)節(jié)電極電壓

*無樣品污染或交叉污染

Zeta電位測量中的影響因素及其應(yīng)對方法：

1、復(fù)雜情況：

a. 高鹽樣品：鈍化電極（分散相中100cycle）

b. 高濃度/色度樣品：物理稀釋方法

c. 極小/大顆粒樣品：增大電場強(qiáng)度

2、Zeta電位影響因素

a. 樣品濃度對Zeta電位的影響：雙電層疊加

b. 分散相離子濃度：壓縮雙電層

c. 分散相離子種類：改性

d. 電極吸附與交叉污染：清理電極與樣品池

Zeta電位應(yīng)用：

膠體與懸浮液的物理特性與顆粒－液體界面的特點(diǎn)與范圍有著十分密切的關(guān)系：水機(jī)分散體系對于界面的電荷與離子結(jié)構(gòu)十分敏感，而事實(shí)上，體系的離子環(huán)境也直接決定著顆粒的分散行為。因此，我們認(rèn)為：膠體和懸浮液體系穩(wěn)定性與所謂決定界面電化學(xué)特性的雙電層結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

因此與體系穩(wěn)定有關(guān)的信息是十分重要的。需指出的是：當(dāng)談及膠體分散體系的穩(wěn)定性時(shí)，主要是指表征體系的電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化。Zeta 電位的測量與顆粒－液體界面的雙電層的特征和結(jié)構(gòu)有關(guān)。

通常情況下，Zeta 電位的分析在顆粒的表面改性，包覆，分散劑的選擇以及生泡、去泡等方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。具體在以下工業(yè)過程中，Zeta 電位是一個(gè)關(guān)鍵因素：

以膠體分散體系的制備為目的，如在涂料、墨水、制藥、化妝品、食品、鉆井、著色以及農(nóng)業(yè)化學(xué)中。

膠體分散體系的使用作為生產(chǎn)過程中的一個(gè)步驟，如在陶瓷成型、水泥、灰泥、制磚、制陶以及造紙、催化劑的生產(chǎn)中。

膠體現(xiàn)象的應(yīng)用，包括：去污劑、在濕潤粉末中十分重要的毛細(xì)現(xiàn)象、從水庫石頭上去除油脂、保持土壤中的潮濕與營養(yǎng)、表面的包覆、礦物的浮選、以及在糖的精煉中去除雜質(zhì)、溶劑的回收、顏料的電泳沉淀等。破壞不希望產(chǎn)生的體系穩(wěn)定，如：水的純化、酒的精煉、污水處理、油乳破除劑、軟泥的脫水等。

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