納米粒度及電位分析儀是一種用于表征納米級顆粒(或膠體粒子)的關(guān)鍵特性(如粒度分布、zeta 電位等)的精密儀器,廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物醫(yī)藥、化工、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。以下從核心功能、工作原理、應(yīng)用場景等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹:
一、核心功能
該儀器主要用于分析兩類關(guān)鍵參數(shù),這也是其名稱的由來:
納米粒度分析
測定顆粒的尺寸大小及分布范圍(通常針對 1nm~10μm 的顆粒),包括平均粒徑、粒徑分布寬度、多分散指數(shù)(PDI)等,幫助判斷顆粒的均勻性。
zeta 電位分析
測定顆粒表面的 zeta 電位(又稱動電電位),反映顆粒在分散體系中的穩(wěn)定性:zeta 電位絕對值越高(通常 > 30mV),顆粒間排斥力越強,分散體系越穩(wěn)定;反之則易團(tuán)聚沉降。
二、工作原理
儀器通過兩種經(jīng)典物理方法分別實現(xiàn)粒度和 zeta 電位的測量:
1. 納米粒度測量:動態(tài)光散射法(DLS)
原理:當(dāng)激光照射到納米顆粒時,顆粒因布朗運動(熱運動)會散射光,散射光的強度會隨時間波動。顆粒越小,布朗運動越劇烈,光強波動頻率越高;反之則波動頻率越低。
過程:儀器通過探測器捕捉散射光的波動信號,利用相關(guān)算法(如光子相關(guān)光譜法)分析波動頻率,計算出顆粒的擴(kuò)散系數(shù),再結(jié)合斯托克斯 - 愛因斯坦方程,最終得到顆粒的粒徑及分布。
2. zeta 電位測量:電泳光散射法(ELS)
原理:納米顆粒在分散介質(zhì)中會因表面電荷形成雙電層,在外加電場作用下會發(fā)生定向移動(電泳現(xiàn)象)。顆粒表面電荷越多,zeta 電位越高,電泳速度越快。
過程:儀器通過激光照射電泳中的顆粒,利用多普勒效應(yīng)檢測散射光的頻率變化,計算出顆粒的電泳遷移率,再結(jié)合亨利方程,換算得到 zeta 電位值。
三、儀器組成
光源系統(tǒng):通常采用氦氖激光器(633nm)或半導(dǎo)體激光器,提供穩(wěn)定的單色光源,確保散射信號的可靠性。
樣品池:用于盛放待測分散體系(如膠體溶液、懸浮液),材質(zhì)多為石英或特殊玻璃,減少對光的吸收或散射干擾。
光學(xué)檢測系統(tǒng):包括透鏡、偏振片、光電倍增管(PMT)或雪崩光電二極管(APD),用于聚焦散射光并將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。
電學(xué)控制系統(tǒng):用于 zeta 電位測量時提供穩(wěn)定的外加電場,并控制電場強度。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng):通過專用軟件對電信號進(jìn)行分析,計算并輸出粒度分布曲線、平均粒徑、zeta 電位值等結(jié)果。