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電泳光散射技術(shù)原理

發(fā)表時(shí)間:2023-07-25瀏覽量:156

光散射基礎:

*光是電磁波,其電場(chǎng)與磁場(chǎng)振動(dòng)方向同傳播方向相互垂直。 

*當光穿過(guò)質(zhì)點(diǎn)時(shí),在光波電場(chǎng)作用下,質(zhì)點(diǎn)中的電子會(huì )產(chǎn)生強迫振動(dòng),并向各個(gè)方向發(fā)射電磁波,就被稱(chēng)為散射光。 

*散射光方向與入射光方向間的夾角為散射角。

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*散射因子:

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*散射光強:

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即:散射光強與顆粒大小六次方成正比,與入射光波長(cháng)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:

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由于分散粒子表面帶有電荷而吸引周?chē)姆刺栯x子,這些反號離子在兩相界面呈擴散狀態(tài)分布而形成擴散雙電層。根據Stern雙電層理論可將雙電層分為兩部分,即Stern層和擴散層。另一部分反離子由于靜電吸引和熱擴散兩種相反作用的平衡,分布在顆粒周?chē)芤褐?,與顆粒一起構成所謂的擴散雙電層。如果對這種固 - 液分散體系施加一個(gè)直流電場(chǎng),則帶電顆粒將向相反電性的電極方向作定向運動(dòng),此即電泳現象。帶電的顆粒表面與溶液內部的電位差稱(chēng)為顆粒的表面電位,它使顆粒做電泳運動(dòng)時(shí),會(huì )帶著(zhù)固定吸附層和部分(與顆粒表面緊密結合的)溶劑分子一起運動(dòng),與液體之間形成滑動(dòng)面,此滑動(dòng)面與液體內部的電位差被稱(chēng)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(chǎng)作用下運動(dòng),其運動(dòng)速度(稱(chēng)電泳速度)與 Zeta 電位呈正比關(guān)系,由 此可以計算出 Zeta 電位。


電泳光散射:

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 電泳光散射光路圖:

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電泳光散射基本計算模型:

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電滲運動(dòng)的影響:

*電滲運動(dòng)是由于赤壁帶電所引起的液體(分散相)運動(dòng);

*電滲運動(dòng)與電泳運動(dòng)方向相反;

*測得的運動(dòng)速度=電泳運動(dòng)+電滲運動(dòng)

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計算中,穩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,傳統方法測量Zeta電位需要尋找穩定層。

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Zeta電位測量中的影響因素及其應對方法:

1、復雜情況:

        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(chǎng)強度

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(lèi):改性 

        d. 電極吸附與交叉污染:清理電極與樣品池


Zeta電位應用:

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(zhù)十分密切的關(guān)系:水機分散體系對于界面的電荷與離子結構十分敏感,而事實(shí)上,體系的離子環(huán)境也直接決定著(zhù)顆粒的分散行為。因此,我們認為:膠體和懸浮液體系穩定性與所謂決定界面電化學(xué)特性的雙電層結構密切相關(guān)。
        

因此與體系穩定有關(guān)的信息是十分重要的。需指出的是:當談及膠體分散體系的穩定性時(shí),主要是指表征體系的電導率隨時(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構有關(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(zhù)重要的應用價(jià)值。具體在以下工業(yè)過(guò)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(zhù) 色以及農業(yè)化學(xué)中。 

        

膠體分散體系的使用作為生產(chǎn)過(guò)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。 

        

膠體現象的應用,包括:去污劑、在濕潤粉末中十分重要的毛細現象、從水庫石頭 上去除油脂、保持土壤中的潮濕與營(yíng)養、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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