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雙電層對于動態光散射粒徑測試結果的影響

發表時間:2022-07-07      點擊次數:357

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1. 帶電顆粒示意圖

 

分散在極性分散劑中的帶電顆粒往往具有一定厚度的雙電層(嚴密電位層和滑移剪切層)。顆粒在布朗運動的過程中以滑移剪切層為邊界做整體運動,即雙電層對于顆粒的尺寸有所貢獻,從而造成顆粒檢測結果相較其實際尺寸偏大。

   采用200nm聚苯乙烯標準球作為目標體系,其固含量為1%,TEM測試值為203±5nm,PCS(動態光散射)測試值為204.5±5.5nm。將該標準樣品用不同濃度的NaCl水溶液稀釋200倍,配置成為一系列樣品,用丹東百特儀器公司的研制的BeNano 90 Zeta納米粒度及電位分析儀檢測粒徑和Zeta電位,看看雙電層對于粒徑結果的影響。


測試結果和討論

通過使用BeNano 90 Zeta納米粒度及電位分析儀得到了一系列不同NaCl濃度下200nm聚苯乙烯標準球顆粒的粒徑和Zeta電位信息。

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2. 在不同濃度的NaCl溶液下的測試結果。(a)電導率隨NaCl濃度的變化曲線,(b)Zeta電位隨NaCl濃度的變化曲線,(c)粒徑隨NaCl濃度的變化曲線

在用電泳光散射測試Zeta電位過程中,我們同時可以得到溶液的電導率,如圖2(a)所示。從中可以看到,電導率和NaCl濃度成正比。這是由于NaCl是強酸強堿鹽,在水溶液中離解充分。這也展示了BeNano90 Zeta測試電導率測試的準確性。

2(b)中展示了不同濃度NaCl溶液中樣品的Zeta電位??梢钥吹饺缦卢F象:一是樣品在不同濃度的NaCI溶液中Zeta電位均為負值,說明樣品顆粒表面帶負電荷。二是隨著NaCl濃度增加,樣品的Zeta絕對值逐漸變小。雖然數據點有一定散布,但是還是可以看出Zeta電位絕對值隨NaCl濃度增加呈降低趨勢。這是因為NaCl濃度升高導致了樣品顆粒周圍環境中的離子強度的增加,對于顆粒Zeta電位的屏蔽效果越強,從而導致了Zeta電位絕對值的降低。

2(c)中展現了顆粒的粒徑隨NaCl濃度的變化??梢钥闯?,NaCl濃度越高(>100mM),所測粒徑越接近200nm的標稱值且基本恒定。在NaCl濃度為0(蒸餾水)條件下,此時測得的粒徑為215nm,明顯高于200nm的標稱值。這是因為顆粒周圍環境中離子較少,顆粒的雙電層處于展開狀態導致的。隨著NaCl濃度升高,周圍環境中的離子強度上升,對于顆粒Zeta電位的屏蔽作用增加,也壓縮了雙電層的尺寸,致使粒徑逐漸接近標稱值。


總結

本實驗考察了不同NaCl濃度下200 nm的聚苯乙烯球的粒徑和Zeta電位隨鹽濃度變化的關系。研究表明,樣品的雙電層對于動態光散射檢測顆粒的粒徑結果具有貢獻,在低離子強度環境中,雙電層是展開狀態,粒度結果比真實值大。對于追求粒徑測試準確性高的用戶來講,應當在測試過程中注意雙電層對于測試結果的影響。當發現對結果影響較大時,可以適當增加分散介質的離子強度(比如用較高濃度的NaCl溶液)限制顆粒的雙電層展開量,從而能得到更準確的粒度結果。

 

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