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雙電層對于動(dòng)態(tài)光散射粒徑測試結(jié)果的影響

更新時(shí)間:2022-07-07      點(diǎn)擊次數(shù):1722

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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(yán)密電位層和滑移剪切層)。顆粒在布朗運(yùn)動(dòng)的過程中以滑移剪切層為邊界做整體運(yùn)動(dòng),即雙電層對于顆粒的尺寸有所貢獻(xiàn),從而造成顆粒檢測結(jié)果相較其實(shí)際尺寸偏大。

   采用200nm聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)球作為目標(biāo)體系,其固含量為1%,TEM測試值為203±5nm,PCS(動(dòng)態(tài)光散射)測試值為204.5±5.5nm。將該標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果的影響。


測試結(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)果。(a)電導(dǎo)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(shí)可以得到溶液的電導(dǎo)率,如圖2(a)所示。從中可以看到,電導(dǎo)率和NaCl濃度成正比。這是由于NaCl是強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽,在水溶液中離解充分。這也展示了BeNano90 Zeta測試電導(dǎo)率測試的準(zhǔn)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(xiàn)象:一是樣品在不同濃度的NaCI溶液中Zeta電位均為負(fù)值,說明樣品顆粒表面帶負(fù)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(shù)據(jù)點(diǎn)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?yàn)镹aCl濃度升高導(dǎo)致了樣品顆粒周圍環(huán)境中的離子強(qiáng)度的增加,對于顆粒Zeta電位的屏蔽效果越強(qiáng),從而導(dǎo)致了Zeta電位絕對值的降低。

2(c)中展現(xiàn)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(biāo)稱值且基本恒定。在NaCl濃度為0(蒸餾水)條件下,此時(shí)測得的粒徑為215nm,明顯高于200nm的標(biāo)稱值。這是因?yàn)轭w粒周圍環(huán)境中離子較少,顆粒的雙電層處于展開狀態(tài)導(dǎo)致的。隨著NaCl濃度升高,周圍環(huán)境中的離子強(qiáng)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(biāo)稱值。


總結(jié)

本實(shí)驗(yàn)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(guān)系。研究表明,樣品的雙電層對于動(dòng)態(tài)光散射檢測顆粒的粒徑結(jié)果具有貢獻(xiàn),在低離子強(qiáng)度環(huán)境中,雙電層是展開狀態(tài),粒度結(jié)果比真實(shí)值大。對于追求粒徑測試準(zhǔn)確性高的用戶來講,應(yīng)當(dāng)在測試過程中注意雙電層對于測試結(jié)果的影響。當(dāng)發(fā)現(xiàn)對結(jié)果影響較大時(shí),可以適當(dāng)增加分散介質(zhì)的離子強(qiáng)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(zhǔn)確的粒度結(jié)果。

 

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