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全球領先的顆粒粒度分析儀

電泳光散射

2019-04-15 17:51:14

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光散射基礎:

    ? 光是電磁波,其電場與磁場振動方向同傳播方向相互垂直。 

    ? 當光穿過質點時,在光波電場作用下,質點中的電子會產生強迫振動,并向各個方向發射電磁波,就被稱為散射光。 

    ? 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,與入射光波長四次方成反比,同時與樣品dn/dc、濃度以及散射角有關。


Zeta電位:

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由于分散粒子表面帶有電荷而吸引周圍的反號離子,這些反號離子在兩相界面呈擴散狀態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,分布在顆粒周圍溶液中,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直流電場,則帶電顆粒將向相反電性的電極方向作定向運動,此即電泳現象。帶電的顆粒表面與溶液內部的電位差稱為顆粒的表面電位,它使顆粒做電泳運動時,會帶著固定吸附層和部分(與顆粒表面緊密結合的)溶劑分子一起運動,與液體之間形成滑動面,此滑動面與液體內部的電位差被稱為 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作用下運動,其運動速度(稱電泳速度)與 Zeta 電位呈正比關系,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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        電滲運動的影響:

       - 電滲運動是由于赤壁帶電所引起的液體(分散相)運動;

       - 電滲運動與電泳運動方向相反;

       - 測得的運動速度=電泳運動+電滲運動

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           計算中,穩定層的微小偏差將產生巨大的影響:

                    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。


imageZeta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: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-液體界面的特點與范圍有著十分密切的關系:水機分散體系對于界面的電荷與離子結構十分敏感,而事實上,體系的離子環境也直接決定著顆粒的分散行為。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特性的雙電層結構密切相關。
        因此與體系穩定有關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,主要是指表征體系的電導率隨時間的變化。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。
 
        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、去泡等方面有著重要的應用價值。具體在以下工業過程中,Zeta 電位是一個關鍵因素:  


  • 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 色以及農業化學中。 

  • 膠體分散體系的使用作為生產過程中的一個步驟,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養、表面的包覆、礦物的浮選、以及在糖的精煉中去除雜質、溶劑的回收、顏料的電泳沉淀等。  破壞不希望產生的體系穩定,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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