Zeta電位的前世今生一：Zeta電位的概述和意義

顆粒表面帶電的現(xiàn)象大家肯定非常熟悉，比如超細的粉塵一旦粘附在衣服上就很難去除，長時間放置的面粉會粘附成一團一團，磨細的咖啡粉末有時候從瓶口倒出很困難，這些都跟粉末顆粒表面帶電荷的種類和數(shù)量息息相關，“同性相斥，異性相吸”就是對這一點的詮釋。然而對于懸浮在溶液體系中的顆粒，其是不是也有類似的情況？如何來評估這些溶液中顆粒的帶電情況？

一、什么是Zeta電位？

圖1. 帶電顆粒的電勢分布

顆粒表面帶電的狀態(tài)首先取決于顆粒材料表面的官能團和化學結(jié)構(gòu)，不同化學結(jié)構(gòu)和電負性的官能團將直接影響顆粒表面的電荷種類和數(shù)量。然而跟粉末顆粒懸浮在空氣中不同，懸液中的顆粒一般周邊的介質(zhì)是極性的溶液（比如水），這就意味著離子和電荷可以實現(xiàn)相對自由的移動，這樣緊密吸附的電荷會使顆粒在溶液中形成一個超過顆粒表面界限的雙電層：嚴密層和滑移層。在滑移層內(nèi)，所有顆粒將會受靜電作用一起移動，滑移層以外則看作溶液環(huán)境，因此將顆?；茖游恢玫碾妱葜捣Q為Zeta電位，帶正電的顆粒電勢為正值，而帶負電的顆粒電勢值為負值，電勢值絕對值越大，則說明顆粒表面電荷密度越高。

二、檢測Zeta電位的意義？

既然Zeta電位是反映顆粒表面電荷密度的指標，在同一懸液中化學組分相同的顆粒一般都帶有相同種類的電荷，這就意味著顆粒表面的電荷密度越高，Zeta電位越大，顆粒間的電荷排斥力也越大，顆粒越不容易發(fā)生凝聚。雖然一個體系的穩(wěn)定性取決于多種作用方式，例如靜電排斥力、范德華吸引力、位阻效應等等，但是作為最重要的相互作用力之一，Zeta電位現(xiàn)在已經(jīng)成為衡量懸液體系中顆粒凝聚穩(wěn)定性的一個重要指標。通常而言對于足夠小的顆粒懸浮體系（不考慮沉降效應），當Zeta電位超過30 mV，那么在熱力學理論上是穩(wěn)定性較好的，更多的應用是通過檢測不同環(huán)境和配方下體系的Zeta電位進行比較，優(yōu)化出最佳的方案。

Zeta電位測量技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應用于工業(yè)和科研各個領域，比如陶瓷生產(chǎn)領域，我們需要測量陶瓷漿料的Zeta電位來考察漿料的存儲穩(wěn)定性；在生物制藥領域，我們需要測試蛋白溶液的Zeta電位以盡量避免蛋白大分子的團聚；而在水處理領域則恰恰相反，需要加絮凝劑并將其電位調(diào)節(jié)到等電點附近，從而讓其變得更容易絮凝沉淀以便去除水中的顆粒雜質(zhì)。

圖2、較高的Zeta電位有利于維持體系的穩(wěn)定（左），較低的Zeta電位下顆?？赡軋F聚穩(wěn)定性較差（右）

Zeta電位既然如此重要，那我們?nèi)绾尾拍艿玫揭粋€懸液體系準確的Zeta電位數(shù)據(jù)呢？在下一章的文章中，將跟大家詳細介紹Zeta電位的測量技術(shù)。