丹东百特仪器有限公司
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双电层对于动态光散射粒径测试结果的影响
图1. 带电颗粒示意图
分散在极性分散剂中的带电颗粒往往具有一定厚度的双电层（严密电位层和滑移剪切层）。颗粒在布朗运动的过程中以滑移剪切层为边界做整体运动，即双电层对于颗粒的尺寸有所贡献，从而造成颗粒检测结果相较其实际尺寸偏大。
采用200nm聚苯乙烯标准球作为目标体系，其固含量为1%，TEM测试值为203±5nm，PCS（动态光散射）测试值为204.5±5.5nm。将该标准样品用不同浓度的NaCl水溶液稀释200倍，配置成为一系列样品，用丹东百特仪器公司的研制的BeNano 90 Zeta纳米粒度及电位分析仪检测粒径和Zeta电位，看看双电层对于粒径结果的影响。
测试结果和讨论
通过使用BeNano 90 Zeta纳米粒度及电位分析仪得到了一系列不同NaCl浓度下200nm聚苯乙烯标准球颗粒的粒径和Zeta电位信息。
图2. 在不同浓度的NaCl溶液下的测试结果。
（a）电导率随NaCl浓度的变化曲线
（b）Zeta电位随NaCl浓度的变化曲线
（c）粒径随NaCl浓度的变化曲线
在用电泳光散射测试Zeta电位过程中，我们同时可以得到溶液的电导率，如图2（a）所示。从中可以看到，电导率和NaCl浓度成正比。这是由于NaCl是强酸强碱盐，在水溶液中离解充分。这也展示了BeNano 90 Zeta测试电导率测试的准确性。
图2（b）中展示了不同浓度NaCl溶液中样品的Zeta电位。可以看到如下现象：一是样品在不同浓度的NaCl溶液中Zeta电位均为负值，说明样品颗粒表面带负电荷。二是随着NaCl浓度增加，样品的Zeta绝对值逐渐变小。虽然数据点有一定散布，但是还是可以看出Zeta电位绝对值随NaCl浓度增加呈降低趋势。这是因为NaCl浓度升高导致了样品颗粒周围环境中的离子强度的增加，对于颗粒Zeta电位的屏蔽效果越强，从而导致了Zeta电位绝对值的降低。
图2（c）中展现了颗粒的粒径随NaCl浓度的变化。可以看出，NaCl浓度越高（>100mM），所测粒径越接近200nm的标称值且基本恒定。在NaCl浓度为0（蒸馏水）条件下，此时测得的粒径为215nm，明显高于200nm的标称值。这是因为颗粒周围环境中离子较少，颗粒的双电层处于展开状态导致的。随着NaCl浓度升高，周围环境中的离子强度上升，对于颗粒Zeta电位的屏蔽作用增加，也压缩了双电层的尺寸，致使粒径逐渐接近标称值。
总结
本实验考察了不同NaCl浓度下200nm的聚苯乙烯球的粒径和Zeta电位随盐浓度变化的关系。研究表明，样品的双电层对于动态光散射检测颗粒的粒径结果具有贡献，在低离子强度环境中，双电层是展开状态，粒度结果比真实值大。对于追求粒径测试准确性高的用户来讲，应当在测试过程中注意双电层对于测试结果的影响。当发现对结果影响较大时，可以适当增加分散介质的离子强度（比如用较高浓度的NaCl溶液）限制颗粒的双电层展开量，从而能得到更准确的粒度结果。
作者简介PROFILE
宁辉
百特产品总监
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丹东百特仪器有限公司是中国知名的粒度测试仪器制造商和粒度测试技术的研发基地，是国家高新技术企业、辽宁省软件企业、辽宁省守合同重信誉企业，中国颗粒学会常务理事单位和测试专业委员会副主任单位。主要产品有PM2.5&PM10采样器、滤膜自动称重系统、激光粒度仪、显微图像粒度仪、粉体特性测试仪等5个系列共34个品种。产品销往全国34个省市区，还出口到德国、韩国、美国、俄罗斯、印度、巴西等九十多个国家和地区，在环境空气监测、气象研究、制药、非金属材料、电池材料和金属粉的生产、应用和研究领域得到广泛的应用，产品的技术性能和质量居国际前列。
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