ZETA电位的测量方法

    有个小小说是关于测量学的。故事说的是有个农场主要测量田埂的长度，请来两位测量能手。一位用的是“土办法”－－麻绳、卷尺加计算器，一位用的是激光测距仪。结果前者测出了“103.2米”的数据，后者测出了“94.563米”的精确数字。Z终，农场主采用了激光测距仪测得的精确数字。用“土办法”的那位测量者临别前说：“虽然我没有比他测得精确，但我的结论比他准确。”

    上海中晨数字技术设备有限公司研发生产的微电泳仪（zeta电位仪），采用的是视频测量技术。根据分散体系中带电颗粒在电场切换作用下的单位时间位移，自动截取并强化带电颗粒图像，软件分析位移像素自动计算出其电泳淌度及zeta电位，并可准确观测粒径大小。由于全部分析过程均是“所见即所得”，相当于故事中“土办法”的升级版，所以数据一定是准确的，想做错都难。

    而国际知名仪器公司生产的zeta电位和粒径分析仪器基本上都采用激光衍射测量技术，测量快而精确。但是，“当颗粒小到几百纳米时，其衍射光强对于角度几乎完全失去依赖性”，并且，“在ISO13320国际标准中，特别提出如果颗粒粒径小于几十微米，需采用米氏理论，输入正确的样品折射率和吸收率以便能获得更为准确的结果。”（参见《仪器快讯》2009年10月刊）由此可见该类仪器尽管测量数字精确，但是在一些环境下不见得准确。

    微电泳仪（zeta电位仪）主要是测量分散体系中带电颗粒的zeta电位，广泛应用于现代科研、生产领域。比如在工业废水、江河饮用水采水处理中，我们希望添加Z适合的絮凝剂，使水分散体系趋向于极不稳定、水分散体系中的带电颗粒絮凝成大团并沉降，从而获得干净的水体。而相反的例子是在造纸工业中，我们希望调配Z佳的浆体环境，使纸浆分散体系趋向于非常稳定、纸浆分散体系中的带电颗粒以极小微粒完全分散，从而获得光洁平滑的纸张。

    上海中晨数字技术设备有限公司研发生产的微电泳仪（zeta电位仪）由于采用的是视频测量技术，测量结果准确；目前测量粒径的下限是100纳米，带电颗粒粒径只能逐个观察测量。国际知名仪器公司生产的zeta电位和粒径分析仪器基本上都采用激光衍射测量技术，测量结果精确但在一些环境下不准确，其优势在于可以快速测出整个分散体系中粒径分布直方图。

    综上所述我们得到的结论是，视频测量技术在zeta测量和带电颗粒单体观察测量上的可靠性有着明显的优势，而激光衍射测量技术在测算整个分散体系中粒径分布直方图时优势显著，两者各有长处。

（来源：上海中晨数字技术设备有限公司）

有个小小说是关于测量学的。故事说的是有个农场主要测量田埂的长度，请来两位测量能手。一位用的是“土办法”－－麻绳、卷尺加计算器，一位用的是激光测距仪。结果前者测出了“103.2米”的数据，后者测出了“94.563米”的精确数字。ZH，农场主采用了激光测距仪测得的精确数字。用“土办法”的那位测量者临别前说：“虽然我没有比他测得精确，但我的结论比他准确。”

    上海中晨数字技术设备有限公司研发生产的微电泳仪（亦称zeta电位仪、微芯片电泳仪，国家创新基金项目），采用的是视频测量技术。根据分散体系中带电颗粒在电场切换作用下的单位时间位移，自动截取并强化带电颗粒图像，软件分析位移像素自动计算出其电泳淌度及zeta电位，并可准确观测粒径大小。由于全部分析过程均是“所见即所得”，相当于故事中“土办法”的升级版，所以数据一定是准确的，想做错都难，是实测值。

    而国际知名仪器公司生产的zeta电位和粒径分析仪器基本上都采用激光衍射测量技术，测量快而精确。但是，“当颗粒小到几百纳米时，其衍射光强对于角度几乎完全失去依赖性”，并且，“在ISO13320国际标准中，特别提出如果颗粒粒径小于几十微米，需采用米氏理论，输入正确的样品折射率和吸收率以便能获得更为准确的结果”（参见《仪器快讯》2009年10月刊-《激光粒度仪的技术现状与仪器选用》[马尔文仪器有限公司·秦和义]）。由此可见该类仪器尽管测量数字精确，但是在一些环境下不见得准确，并且是需要在“正确的”折射率和吸收率等参数支持下才能得出的计算值。

    微电泳仪（zeta电位仪）主要是测量分散体系中带电颗粒的zeta电位，广泛应用于现代科研、生产领域。比如在工业废水、江河饮用水采水处理中，我们希望添加最适合的絮凝剂，使水分散体系趋向于极不稳定、水分散体系中的带电颗粒絮凝成大团并沉降，从而获得干净的水体。而相反的例子是在造纸工业中，我们希望调配良好的浆体环境，使纸浆分散体系趋向于非常稳定、纸浆分散体系中的带电颗粒以极小微粒完全分散，从而获得光洁平滑的纸张。

    上海中晨数字技术设备有限公司研发生产的微电泳仪（zeta电位仪）由于采用的是视频测量技术，测量结果准确；目前测量粒径的下限是100纳米，带电颗粒粒径只能逐个观察测量。国际知名仪器公司生产的zeta电位和粒径分析仪器基本上都采用激光衍射测量技术，测量结果精确但在一些环境下不准确，其优势在于可以快速测出整个分散体系中粒径分布直方图。

    综上所述我们得到的结论是，视频测量技术在zeta测量和带电颗粒单体观察测量上的可靠性有着明显的优势，而激光衍射测量技术在测算整个分散体系中粒径分布直方图时优势显著，两者各有长处。

BeNano 90 Zeta 纳米粒度及 Zeta 电位仪

——90°散射粒度 + Zeta 电位二合一型

  仪 器 简 介

  BeNano 90 Zeta 纳 米 粒 度 及 Zeta 电 位 仪 是 BeNano 90 +BeNano Zeta 二合一的光学检测系统。该系统中集成了动态光散 DLS、电泳光散射 ELS 和静态光散射技术 SLS，可以准确的检测颗粒的粒径及粒径分布，Zeta 电位，高分子和蛋白体系的分子量信息等参数，可广泛的应用于化学、化工、生物、制药、食品、材料等领域的基础研究和质量分析与控制。

指标与性能

粒径测试

• 粒径范围：0.3 nm – 15 μm*

• 样品量：3 μL – 1 mL*

• 检测角度：90 ° & 12°

• 分析算法：Cumulants、通用模式、CONTIN

Zeta 电位测试

• 技术：相位分析光散射

• 检测角度：12°

• Zeta 范围：无实际限制

• 电泳迁移率范围：> ±20 μm.cm/v.s

• 电导率范围：0 – 260 mS/cm

• 最小样品量：0.75 mL – 1.0 mL

• Zeta 测试粒径范围：2 nm – 110 μm

  分子量测试

• 分子量范围：342 Da – 2 x 10 7 Da*

  
  

  趋势测量

• 模式：时间和温度

  
  

  粘度测试

• 粘度范围：0.01 cp – 100 cp*

  
  

  系统参数

• 温控范围：-10° C - 110° C，精度 ±0.1° C

• 激光光源：50 mW 高性能固体激光器， 671 nm

• 相关器：最多 4000 通道，1011 动态线性范围

• 检测器：APD ，高性能雪崩光电二极管

• 光强控制：0.0001% - 100%，手动或自动

  *取决于样品和选件

原理图

仪器检测

检测参数

• 颗粒体系的光强、体积、面积和数量分布

• 颗粒体系的 Zeta 电位及其分布

• 分子量

• 分布系数 PD.I

• 扩散系数 D

• 流体力学直径 D H

• 颗粒间相互作用力因子 k D

• 溶液粘度

  检测技术

• 动态光散射

• 电泳光散射

• 相位分析光散射
  

• 静态光散射

      分散体系、胶体和界面物理化学已经渗透到物理化学、高分子材料、涂料工业、环境保护、新材料、微电子、生命科学、造纸、水处理、日用化工、农业土壤。选矿。制药等学科和领域，各领域中涉及胶体及各类分散体系的重要理论探讨及解决实际问题时，往往都要测定表面（界面）电性，因此表面（界面）电性的测量技术就显得及其重要。

       如今市场上有多种型号的测量zeta电位的测量仪器，进口和国产的两类。进口的仪器，价格高，测量复杂，售后服务不及时，往往不太适合国内用户。国产zeta电位测量仪器，同出一宗，都是华东师范大学化学系研制的diyi、第二、第三、第四代产品。diyi、第二、第三代产品国内还有其他厂商生产。新型的第四代产品，只有上海中晨数字技术设备有限公司生产。

八十年代初期，经过华东师范大学陈邦林等教授和专家的努力，华东师范大学化学系和上海标准计量局实验工厂（现为上海市检测技术所上立检测仪器厂）共同生产了DPW－1型双管屏幕显示微电泳仪。

稍后两家又在原有的基础上生产了第二代微电泳仪（zeta电位测定仪）。

上海市检测技术所上立检测仪器厂根据以上两种型号，生产了BDL-B型表面电位粒径仪，此型号仪器是DPW－1型和zeta电位测定仪的改进型，没有大的技术突破。属于第二代产品。

八十年代中期，华东师范大学化学系和华东师范大学科教仪器厂共同开发了WDY－3型微电泳仪，这种型号的仪器首次使用计算机控制。

九十年代初，在总结了国内外zeta电位测定仪的优缺点基础上，华东师范大学陈邦林教授提出了新的杯型开放式微电泳仪的设想。上海中晨数字技术设备有限公司根据此设想，研制开发了第四代JS94型微电泳仪，并获得国家ZL。

JS94系列微电泳仪主要特点：

1．新型简便的电泳池与内置电极经精密的微流场计算，表面处理，组成一套完全与传统电泳槽不同的电泳装置，样品用量极少，每次仅0.5ml，易于清洗，经济实用。

2．采用经过精心设计的电极支架，与电泳杯紧密配合，形成一个杯型开放式电泳装置，电极采用银、铂和钛金属制成，经表面处理后工作状态稳定。

3．采用半导体发光进场光学系统，功率仅几十瓦，不会因发热而影响测量环境和测量精度。

4．pH测量范围更大，温度自动连续采集，自动调整参数，快速计算zeta电位。

5．采用计算机多媒体技术自动连续采样储存，并能提供双向共四幅图像型进行分析计算，测试一个样品仅数秒钟。

上海中晨数字技术设备有限公司和华东师范大学化学系，通过技术攻关，研制了第四代微电泳仪。经过多年的实践和开发，已经形成多种型号，JS94H、JS94H2、JS94J和JS94J2是Z主要的型号。这些型号的微电泳仪都可以测量zeta电位，客户往往就不知道如何选取型号了。根据下表，客户可以很容易选择自己所需要的仪器。

注意：

1．如果需要测量微米级的颗粒，像水处理、造纸、选矿等行业中，水溶液体系中的颗粒在微米级的范围中，那么可以选择JS94H型微电泳仪。JS94H型微电泳Z小只能测量到0.5μm颗粒的zeta电位。

2．有些客户需要测量非水溶液中的颗粒的zeta电位，例如测量乙醇、苯等溶液中的颗粒的zeta电位，这时就需要选择高电压的JS94H2型微电泳仪。同时本仪器兼容测量水溶液体系颗粒的zeta电位。

3．科技日新月异，现在很多客户需要研究更小的微粒，这时候就要选择能观察的更小的颗粒的仪器，JS94J型就是能满足客户需要的型号，Z小能观察到100纳米的颗粒。JS94J型微电泳只能测量水溶液体系。

4．如果客户既需要观察微小颗粒，又需要测量非水体系中的颗粒的zeta电位，就需要选择高电压的JS94J2型微电泳仪。与JS94H2一样，JS94J2型也能测量水溶液体系中颗粒的zeta电位。 我公司还生产JN01型浓浆电泳仪，浓浆电泳仪可以测量较浓颗粒体系zeta电位的测量，例如测量泥浆、纸浆等的zeta电位。浓浆电泳仪基于质量转移电泳仪的原理而开发的，测试时浓浆电泳仪所需的浓度较难控制，测量过程较长，测试过程复杂，测量的样品所需量较多。适合专业人士进行科学研究使用。其实很多样品经过稀释后，完全可以使用JS94系列的仪器来测量zeta电位。

（来源：上海中晨数字技术设备有限公司）