一、原理

一般情况下，Zeta电位仪直接测定的是电泳迁移率，并转化为Zeta电位，Zeta电位是通过理论推导出来的。

当电场施加于电解质时，悬浮在电解质中的带电粒子被吸引向相反电荷的电极，作用于粒子的粘性力倾向于对抗这种运动。当这两种对抗力达到平衡时，粒子以恒定的速度运动，我们一般称这个速度为电泳迁移率。

已知这个速度时，通过应用Henry方程，我们可以得到粒子的Zeta电位。

• ζ : Zeta电位.
• UE : 电泳迁移率
• ε: 介电常数
• η : 粘度
• ƒ（Ka） : Henry函数（1.5或1.0）

通常在水性介质和中等电解质浓度下进行Zeta电位的电泳测定法，在这种情况下f（Ka）是1.5，即Smoluchowski近似。因此，对适合Smoluchowski模型的系统，即大于0.2微米的粒子分散在含大于10-3摩尔盐的电解质溶液中，可由此算法直接从迁移率计算Zeta电位。Smoluchowski近似用于弯曲式毛细管样品池和通用插入式样品池的水相样品。对非水相的较低介电常数介质中的小粒子，通常采用Huckel近似，f（Ka）为1.0。

图2.极性与非极性介质中不同Henry函数的选择

二、样品制备

Zeta电位样品制备有2个关键问题：

1. 合适的浓度；
2. 保证检测体系和实际体系的一致性，包括：pH、系统的总离子浓度、存在的任何表面活性剂或聚合物的浓度。

1. 最低浓度

在Zeta电位测试过程中所需的最小光强为20 kcps。因此最低浓度取决于相对折光指数差（粒子和溶剂间的折光指数差值）和粒子尺寸。

粒子的尺寸越大所产生的散射光越强，所需的浓度也就越低。对于折光指数差较大的样品，譬如TiO2粒子的水性悬浮液，TiO2的折光指数为2.5，与水的折光指数差较大，有较强的散射能力。因此对于300 nm的TiO2粒子，最小浓度可以为10-6 w/v %。对于折光指数差很小的样品，比如蛋白质溶液，最低浓度会高很多。通常最低浓度需要在0.1-1 w/v %之间才能有足够的散射光强进行Zeta电位测量。最终，对于特定样品进行一个成功的Zeta电位测量的最低浓度，应该由实际测量得到。

2. 最高浓度

Zeta电位测量过程中的散射光在向前的角度收集，因此激光应该保证能够穿过样品。如果样品的浓度过高，则激光将会由于样品的散射衰减很多，相应的降低检测到的散射光光强。为了补偿此影响，衰减器会让更过的激光通过。最终，样品的浓度范围必须由测定不同浓度下的Zeta电位的试验决定，由此来得到浓度对Zeta电位的影响。

3. 稀释介质

大多数样品的分散相，可以归于以下两类：

1. 介电常数大于20的分散剂被定义为极性分散剂，如乙醇和水。
2. 介电常数小于20的分散剂被定义为非极性或低极性分散剂，如碳氢化合物类、高级醇类。

多数样品要求稀释，稀释介质对于检测结果的可靠性是非常重要的。Zeta电位依赖于分散相的组成，因为它决定了粒子表面的特性。所给出的测量结果，如没有提及所分散的介质，则是没有太大意义的。

4. 如何保证稀释后样品表面状态不变？

制备样品最关键的地方，是在稀释过程中，保留纳米颗粒表面的真实状态。最好的办法就是即通过过滤或离心原始样品，得到清澈的分散剂，使用这种分散剂稀释原有浓度样品。以这种方式，100%完美地维持了表面与液体之间的平衡。如果过滤和离心比较麻烦，可以让样品自然沉淀，使用上清液中留下的小粒子来检测，也是比较好的方法。因为使用Smoluchowski理论近似时，Zeta电位与粒径参数无关，所以检测上清液的小颗粒就可以表观显示整体颗粒表面电位情况。

5. 如何检测非极性体系中的Zeta电位？

在绝缘介质如正己烷等有机溶剂中，测量样品比较麻烦，需要在不使用高电压时，生成较高电场强度。它要求使用专门的样品池，universal dip cell（通用插入式样品池），因为此样品池具有较好的化学兼容性以及电极间的狭窄空间。

由于在非极性分散剂中，通常很少有离子以抑制Zeta电位，所测量的实际值一般是非常高的，如200或250 mV。在这样的非极性系统中，稀释后样品的平衡呈时间依赖性，有时候需要平衡24小时以上。

总之，为了确保数据的可用性，一定要尽量保证检测体系和实际应用体系的统一性。并通过测试不同条件下Zeta电位的变化，直到Zeta电位不明显受参数变化的影响时，这个参数所在区间为可用。

为了保证数据可靠性，每个样品需要重复检测三次，取平均值。

三、数据分析

我们得到的数据一般只有一个数值，那么，如何知道这个检测结果是可靠，有效，高质量的呢？我们至少可以从三个方面进行考察。

1.相位图

图3.数据较好的相位图

图4.数据较差的相位图；（可能原因：光强太强或者太弱，测试时间太短）

2. 频率图

图5.数据较好的频率图

图6.数据较差的频率图

3.电流电压图

图7.数据较好的电流电压图

图8.数据较差的电流电压图

四、样品要求及注意事项

1. 粉末要求：粉末需提供20 mg；
2. 液体样品要求：每样品需提供5-10ml，分散剂主要为去离子水和乙醇，也可指定其它分散剂（数据结果可能不一定理想，环己烷腐蚀比色皿，请尽量不要使用此分散剂），需提供待测样品折射率；
3. 其它特殊要求：在指定分散剂中超声后肉眼能看到淡淡的样品颜色，分散均一，无沉淀及团聚。
4. 纳米粒度仪适用范围（1nm-3μm左右），Zeta电位适用范围（5nm-10μm）；
5. 样品默认不做过滤处理，如需过滤，请留言备注；为了保证测试结果准确，请提供10ml左右配置好的1-5mg/ml分散好的溶液。
6. 可备注预期粒径大小；
7. 只有分散剂是水才能测试不同pH的zeta电位；

五、结果展示

1. 测试结果给出的是excle表格数据，每个样品测试3次。如溶液电导率过大，Zeta电位结果只能导出图片格式！

2. 粒径分布数据：

3. Zeta电位数据：

六、常见问答

1. 为什么测出来的粒径分布结果偏大？

样品团聚，分散不好，建议延长超声时间或者加入合适分散剂帮助分散。

2. 为什么测试出来的zeta电位跟文献差别很大？

zeta电位是特定环境下的测试结果，要看下测试分散剂种类，PH等是否跟文献一致。

3. 测试出来的结果怎么看？

1. 粒度检测报告中的Z-Average为测得平均粒径值，PDI值代表颗粒的分布系数；常规PDI小于0.7是在理论模型的适用范围内，PDI值越小，样品尺寸越均一；
2. 电位报告中的Zeta Potential值即为测得的Zeta电位值。

4. 为什么pdf里面给出的平均值跟峰位置相差太大？

可能是由于存在大的粒子或者团聚，这种情况下可以通过excel原始数据去手动计算一下均值。

5.样品用电镜拍出来的结果和DLS测试结果不相符是为什么？

电镜的粒径分析结果仅适用于所选微区，DLS的测试结果则更具整体代表性。