Zeta 電位分析儀

Zeta Potential

奈米粒子或膠體粒子在溶液中通常會因表面官能基或離子吸附而帶有電荷,

使粒子周圍形成一層由離子組成的電雙層(Electric Double Layer)

電雙層可分為靠近粒子表面的固定層(Stern Layer)與外側的擴散層(Diffuse Layer)

 

在擴散層中存在一個假想的界面,稱為滑動平面(Slipping Plane),其位置代表溶液中粒子與周圍液體相對運動時的邊界。

此平面上的電位即定義為 Zeta 電位(Zeta Potential)。位於滑動平面內側的離子會與粒子一起移動,

因此 Zeta 電位可反映粒子在溶液中的實際表面電性與分散行為

 

Zeta 電位會受到多種因素影響,包括粒子的表面化學性質、溶液 pH 值、電解質種類與濃度等,

因此常被用作評估膠體系統或奈米材料分散穩定性的重要指標。一般而言,Zeta 電位的絕對值越大,

粒子之間的靜電排斥力越強,系統分散性與穩定性也越高。

 

在量測過程中,Zeta 電位分析儀會對樣品施加外加電場,使帶電粒子在溶液中產生電泳運動(Electrophoresis)

儀器利用雷射都卜勒測速技術(Laser Doppler Velocimetry, LDV)量測粒子的移動速度,並計算其電泳移動率(Electrophoretic Mobility)

最後再透過 **Henry 公式(Henry's Equation)**將電泳移動率轉換為 Zeta 電位值

技術特色
與粒徑分析互補
Zeta 電位常與 DLS 粒徑分析搭配使用,可同時了解粒子尺寸與表面電性,提供更完整的奈米材料分散狀態資訊。
快速量測與操作簡便
量測過程快速且樣品需求量少,適合進行材料研究、製程監控及品質控制等分析需求。
分析溶液環境對粒子行為的影響
可研究不同 pH 值、電解質濃度或離子種類對粒子表面電位與分散性的影響,協助材料配方與分散條件的最佳化。
適用多種材料系統
可應用於奈米材料、金屬氧化物、聚合物乳液、膠體溶液、生物分子與藥物奈米載體等不同材料系統的表面電性分析。
評估膠體與奈米分散系統穩定性
透過 Zeta 電位的大小與正負極性,可判斷粒子間靜電排斥力的強弱,進而評估粒子是否容易發生聚集或沉降。
高靈敏度表面電性量測
Zeta 電位分析可精確量測奈米粒子與膠體系統的表面電荷特性,即使在低濃度樣品條件下仍可取得穩定的量測結果。
Zeta 電位與分散穩定性關係
Zeta電位 (mV) 分散穩定性
0 ~ ±10 非常不穩定,容易凝聚
±10 ~ ±30 穩定性較低
±30 ~ ±60 分散穩定
> ±60 高度穩定
不同 pH 條件下之 Zeta 電位變化分析

分析結果

此圖顯示樣品在不同 pH 值環境下的 Zeta 電位變化。橫軸為 pH 值,縱軸為 Zeta 電位 (mV)。

 

低 pH(酸性)條件下,Zeta 電位接近 0 mV,粒子間靜電排斥力較弱,容易發生聚集。
隨著 pH 值增加,Zeta 電位逐漸轉為負值,顯示粒子表面帶有負電荷。
高 pH(鹼性)條件下,Zeta 電位絕對值增大(約 –30 mV 以下),粒子間排斥力增強,系統分散穩定性提升。

此結果顯示 溶液 pH 會影響粒子表面電性與分散穩定性

機台種類

Malvern Nano-ZS

Malvern Nano-ZS 為一套結合動態光散射 (Dynamic Light Scattering, DLS)Zeta 電位分析的高精度粒子分析儀器,可用於量測奈米至微米尺度粒子的粒徑分佈、分散狀態及表面電性

此儀器利用雷射光散射原理量測粒子在溶液中的布朗運動 (Brownian motion),透過散射光強度變化計算粒子的水合粒徑 (Hydrodynamic Diameter);同時可透過電泳光散射 (Electrophoretic Light Scattering, ELS) 技術量測粒子在電場中的移動速度,進而計算其 Zeta 電位,用以評估粒子的分散穩定性。

Nano-ZS 具有高靈敏度與高解析度,可快速分析奈米材料、膠體系統、生物分子及各類分散體系,是材料研究、奈米科技、生醫與化學產業常用的分析設備。

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台灣實驗室

鍾先生

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