幾乎所有與液體接觸的顆粒或宏觀材料，其表面均會帶電。Zeta 電位是表征這種帶電狀態的一個重要指標，可用于預測和控制膠體懸浮液或乳液的穩定性。

什么是 Zeta 電位？

膠體的 Zeta 電位（ζ）受膠體顆粒靜電屏蔽影響，它反映了固體表面與溶劑界面處形成的靜電力大小。

內層被稱為斯特恩層。顆粒表面的凈帶電狀態影響離子的分布，當靠近膠體顆粒表面時，反離子的濃度會增加。

強束縛離子和本體溶液之間的邊界通常被稱為滑動層，在此邊界處測得的電位被定義為 Zeta 電位。Zeta 電位通常通過光散射進行測量，反映了顆粒在電場作用下的運動。顆粒的運動受滑動層電位影響，因此 Zeta 電位始終與真實表面電位成正比，但絕對值更小。Zeta 電位通常以毫伏（mV）為單位表示。

膠體顆粒的 Zeta 電位受多種因素影響，其中最直接的因素是表面電荷，由帶離子的側鏈解離產生（例如，可滴定基團，如羧基、伯胺和仲胺以及其他任何 pH 或氧化還原敏感基團），或因永久電荷載體（例如，磺酸鹽、季銨鹽等）的存在產生。

為什么 Zeta 電位很重要？

幾乎所有與液體接觸的納米材料表面都帶電，Zeta 電位是表征這種表面帶電狀態的重要指標，被用來預測和控制膠體懸浮液和乳液的穩定性，以及預測潛在不穩定結構，如顆粒聚集或自組裝等。

以這種方式抵抗吸引力的現象通常被稱為膠體穩定性，正是這種長程排斥和短程吸引之間的平衡，使得膠體能夠保持穩定的分散狀態。

許多行業都要求其最終產品具有這種膠體穩定性，以避免團聚或自聚集。無論是涂料、顏料、化妝品還是食品制造行業，都以 Zeta 電位作為最終產品穩定性的指標。

當 Zeta 電位接近零時，顆粒之間的靜電斥力會降低，這通常會導致顆粒相互粘附，形成無限制的團聚或聚集。

這種使膠體喪失穩定性的典型應用是使用絮凝劑誘導顆粒團聚，比如在水處理、廢水處理以及紙漿和造紙行業中。在處理地表水時，使用絮凝劑使5微米或更小的顆粒形成絮凝體。這些顆粒在未經處理的情況下通常不會沉淀，絮凝體的形成使得顆粒可以從水中去除，從而使其符合美國環保署（EPA）關于飲用水最大濁度水平的指導標準。

總而言之，Zeta 電位的絕對值是預測懸浮液或乳液穩定性/不穩定性的指標，當 Zeta 電位值接近0 mV時，顆粒會傾向于相互粘附；而當 Zeta 電位絕對值大于20 mV時，顆粒將趨于穩定并保持懸浮狀態。

如何測量 Zeta 電位？

布魯克海文儀器公司提供兩種使用光散射原理的 Zeta 電位測量儀器。這兩種方法都基于激光多普勒電泳（LDE），出于歷史原因，在此分別稱為電泳光散射（ELS）和相位分析光散射（PALS）。

測量 Zeta 電位時，需將電極組件插入裝有待測樣品的樣品池中。電極包含兩片金屬鈀，通過向其施加電壓來產生電場，當向電極施加電壓時，顆粒將向相反帶電狀態的極板移動。激光束照射樣品后，在15°散射角（前向散射）使用雪崩光電二極管檢測器（APD）檢測散射光，確定顆粒的電泳運動情況。通過將樣品散射光和參比光相拍，由此產生的信號用于確定電泳方向及速度。

上圖為 Zeta 電位測量儀器的總體框架圖。如圖所示，激光束被分為樣品光束和參比光束，樣品光束將穿過裝有電極的樣品池，參比光束通過壓電陶瓷以已知頻率進行振蕩。

電泳光散射（ELS）

此處的 ELS 特指激光多普勒技術，這是電泳光散射的最常見應用。在使用 ELS 技術時， 通過測量由于帶電顆粒在電極間運動所產生的多普勒頻移得到顆粒的電泳速度，由該電泳速度進一步計算可以得到 Zeta 電位值。

ELS 能夠給出簡單的 Zeta 電位分布，適合低鹽水分散體系的 Zeta 電位測量。

相位分析光散射（PALS）

PALS 方法通過測量參比信號與樣品信號之間的相位差來得到 Zeta 電位，這種方法的靈敏度比 ELS 高1000倍，因此非常適合于低電泳遷移率樣品的測量，比如高鹽體系、有機溶劑體系或粘稠介質體系等。

相較于其他 LDE 技術，由于 PALS 技術的高靈敏度，測量時僅需向電極施加較低的電壓，可以避免因使用較高電壓而造成樣品變性現象，因此該方法也非常適合蛋白質、小分子肽、抗體、寡核苷酸和其他生物樣品的Zeta 電位測量。

布魯克海文儀器公司提供多款用于測量 Zeta 電位的儀器，共有四種型號供您選擇：

1. 經濟實惠的 Zeta Plus，使用電泳光散射方法測量 Zeta 電位

2. ZetaPALS 兼具電泳光散射和相位分析光散射技術

3. 90Plus PALS不僅能使用電泳光散射和相位分析光散射技術測量 Zeta 電位，還能夠在15°或90°散射角通過動態光散射（DLS）技術測量顆粒粒度。

4. Omni 除了具有與 90Plus PALS 相同的所有功能外，還可以通過173°背向檢測角測量顆粒粒度，非常適合50納米以下的小顆粒。