《ISOTR 19997-2018 Zeta电位测试》样品制

摘要：在客户使用PSS公司的Nicomp Z3000设备检测Zeta电位的时候，经常会出现数据波动较大的情况。Zeta电位不是悬浮颗粒的内在属性，取决于颗粒和介质的属性，以及他们之间如何进行的相互作用，且液体中的任何化学和离子组合的变化都会影响这种界面平衡，从而影响Zeta电位。因此，样品制备和测量过程也都会影响测量结果，不正确的结论通常是由样品制备过程中的人为因素和测量程序引起的问题造成的。本文阐述了Zeta电位的含义，并分析了样品前处理过程的影响。

关键词：Zeta电位、样品制备

前言

Zeta电位经常被用于研究等电点（IEP）和液体介质中颗粒的表面吸附，并作为比较不同样品关于静电相关的分散稳定性的一个指标。Zeta电位是一个假设的剪切面上的电位，该剪切面将流动溶质与粒子表面的溶剂分子分离。

Zeta电位常用于预测悬浮液的稳定性或悬浮颗粒在宏观表面的粘附性（eg. 纤维素纤维、膜）。因为粒子之间、粒子与表面之间、粒子与蛋白质之间的相互作用通常是由扩散层中的离子分布决定的，而扩散层中的离子分布与Zeta电位密切相关。

当静电力主导粒子之间或粒子与表面之间的相互作用时，Zeta电位是评价这些相互作用的主要系统参数。排斥需要相等的高表面电荷，而吸引力发生在没有表面电荷或带相反电荷或含有负和正域的不规则表面。高Zeta电位的绝 对值会引起颗粒之间的强烈排斥，从而有利于胶体悬浮液的稳定，这种效应在低电解质含量的厚双层膜中更明显。

相反，较低的Zeta电位绝 对值、正负号相反的Zeta电位（极性）或较高的电解质浓度都会促进团聚。因此，Zeta电位主要用于预测悬浮液的稳定性，而悬浮液的稳定性通常被确定为pH值和/或不同电解质和表面活性离子物质的函数。

Zeta电位不是粒子的固有性质，它取决于颗粒表面和分散在其中的液相之间的化学平衡。液体化学和离子组成的任何变化都可能影响这种平衡，从而影响Zeta电位。因此，在测试样品Zeta电位时，要特别注意样品的制备环节。

概述

由于颗粒的Zeta电位不仅取决于分散介质，还取决于颗粒本身，简单的溶解可以改变介质的化学组成，进而影响颗粒的Zeta电位。因此，除了颗粒样品制备的一般做法外，还需要采取特殊措施。稀释也引起溶解，从而改变表面和介质。样品制备需要遵循这样一个程序，即Zeta电位不会从原始系统变为稀释样品。

样品制备程序要求稀释后，不仅颗粒及其表面在原始系统和稀释系统之间保持相同，而且介质在电化学上保持相同。粒子表面电荷完全取决于分散介质的化学性质。如果要稀释浓缩悬浮液进行测量，分散介质的pH值和特定离子浓度都是需要控制的重要特性。颗粒在浓缩悬浮液中所经历的条件需要与稀释剂完全匹配。

如果同时涉及样品的稀释和表面活性剂的稳定，则不容易满足这一条件。样品制备过程对液体成分影响很大，在不影响分散介质和界面的物理化学性质的情况下，很难调整电动测量中的颗粒浓度。例如，将无定型二氧化硅分散在KNO3溶液中会导致悬浮液在去离子水中的pH值和离子强度方面与相同材料不同。这些差异对界面性质有相当大的影响，如Zeta电位。

抽样检验

如果测试样品是该批次材料的代表，并且已充分取样，则在样品中测量的电泳迁移率仅对该批次材料有效。

应检查待分析的材料，以确保在与测量时间相关的一段时间内，颗粒已充分分散，不会发生任何沉降。如果颗粒在测量过程中沉积，使用光学方法测量可能不合适，因为激光束中残留的颗粒可能不代表整个样品（e.g. 对于多分散样品，大颗粒会以不同的方式沉降，从而导致对较小尺寸颗粒的测量有偏差。）

样品制备过程中需要相当小心，以避免改变待测样品的电泳迁移率。与样品直接接触的实验室器具，如玻璃烧杯或注射器，可能会吸附介质中的特定离子，或将先前清洗过程或实验室器具本身生产过程中残留的残余污染物添加到样品中。一次性塑料制备烧杯和移液管通常是首 选，只要它们与样品化学相容。

一份详细的报告准确地描述了样品的处理方法和稀释剂的制备方法。可以对样品进行几次完全稀释和测量，以证明所采用的方法是稳定的和可重复的。

稀释程序

在电声测量中，通常需要很少或不需要样品制备，仪器使用理论和校准程序将原始测量数据转换为Zeta电位，该理论和校准程序考虑了有限的颗粒浓度，以及颗粒大小的影响。在依靠电泳和光学检测的系统中，通过将样品稀释到适当的浓度，粒子-粒子相互作用被最小化。这种情况下，需要注意溶剂冲击或其他稀释效应不会改变样品的电动特性。

样品稀释可遵循所谓的平衡稀释方法，即使用与原始系统中相同的液体作为稀释剂，如果操作得当，平衡稀释的样品中唯 一修改的参数是颗粒浓度。只有基于平衡稀释的样品制备产生的Zeta电位值在理论上与原始系统和稀释样品相同。例如，使用去离子水进行简单稀释是一种误导性的、不正确的方法来制备用于Zeta电位测量的样品。

收集用于平衡稀释的液体有两种方法。第 一种，用重力沉降或离心法提取上清液，该上清液或“母液”可用于将初始样品稀释至所选测量技术的最 佳程度。该方法适用于具有足够密度对比度的大颗粒；对于低密度对比度的纳米颗粒和生物体系来说并不方便。对于第三相（乳化剂）稳定通常不混溶的油和水相的乳液，由于在这种情况下很难适用离心法，稀释成匹配的粒子背景是典型的。理想情况下，这在浓缩和更稀的形式中保持相同的粒子背景，该稀释剂可通过了解分散剂相中的离子组成（离子、离子表面活性剂）获得。然而，这不能解释粒子本身释放的东西。透析膜可渗透离子和分子，但不能渗透胶体颗粒，并且需要验证该过程以避免颗粒或表面活性剂之类的颗粒流失到膜中。

在一些罕见的情况下，需要制备比天然材料浓度更高的样品。这可以通过首先将颗粒从介质中分离出来，然后再将它们重新分散到同一介质中，但体积分数较高。在去除上清液相后，也可以轻轻离心颗粒以获得更浓缩的部分。这一部分需要优化，以减轻颗粒损失或团聚的影响。

用于稀释或制备样品的任何介质最初都要求没有颗粒（至少在残余颗粒可能影响Zeta电位测量的程度上）。对于相对“干净”的介质，可以使用薄膜过滤器（e.g.注射器过滤器），其平均孔径小于待分析的最小颗粒，还应考虑膜的疏水性或化学电阻率。更复杂的介质更难处理，离心也可以实现这一目标。

稳定性试验

建议按时间顺序进行一系列测量，以证明样品是稳定的。例如，离子种类与悬浮液中的粒子的分离可能导致pH值或电导率随时间的变化以及迁移率值。建议如果可能，应在每次测量前后测定悬浮液的pH值和/或电导率，这可确认样品没变化。样品中任何可观察到的不稳定性都对分析提出了一系列挑战。在这种情况下，建议除了报告绝 对值外，还应报告变化率。

如果需要稀释，建议在不同浓度下进行一系列测量。可以观察到粒子-粒子相互作用或其他稀释效应的影响。通常，由于粒子-粒子相互作用而产生的阻碍运动会减少视在运动，从而使确定的Zeta电位向零值方向移动。

测试Zeta电位时的注意事项

1、测试样品用量不宜过少，需浸没电极；

2、电极放置方向要正确；

3、保持样品池外壁干燥洁净，保持样品槽干燥洁净。