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圖1. 帶電顆粒示意圖
分散在極性分散劑中的帶電顆粒往往具有一定厚度的雙電層（嚴(yán)密電位層和滑移剪切層）。顆粒在布朗運(yùn)動(dòng)的過程中以滑移剪切層為邊界做整體運(yùn)動(dòng)，即雙電層對于顆粒的尺寸有所貢獻(xiàn)，從而造成顆粒檢測結(jié)果相較其實(shí)際尺寸偏大。
采用200nm聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)球作為目標(biāo)體系，其固含量為1%，TEM測試值為203±5nm，PCS（動(dòng)態(tài)光散射）測試值為204.5±5.5nm。將該標(biāo)準(zhǔn)樣品用不同濃度的NaCl水溶液稀釋200倍，配置成為一系列樣品，用丹東百特儀器公司的研制的BeNano 90 Zeta納米粒度及電位分析儀檢測粒徑和Zeta電位，看看雙電層對于粒徑結(jié)果的影響。
測試結(jié)果和討論
通過使用BeNano 90 Zeta納米粒度及電位分析儀得到了一系列不同NaCl濃度下200nm聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)球顆粒的粒徑和Zeta電位信息。
圖2. 在不同濃度的NaCl溶液下的測試結(jié)果。（a）電導(dǎo)率隨NaCl濃度的變化曲線，（b）Zeta電位隨NaCl濃度的變化曲線，（c）粒徑隨NaCl濃度的變化曲線
在用電泳光散射測試Zeta電位過程中，我們同時(shí)可以得到溶液的電導(dǎo)率，如圖2（a）所示。從中可以看到，電導(dǎo)率和NaCl濃度成正比。這是由于NaCl是強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽，在水溶液中離解充分。這也展示了BeNano90 Zeta測試電導(dǎo)率測試的準(zhǔn)確性。
圖2（b）中展示了不同濃度NaCl溶液中樣品的Zeta電位。可以看到如下現(xiàn)象：一是樣品在不同濃度的NaCI溶液中Zeta電位均為負(fù)值，說明樣品顆粒表面帶負(fù)電荷。二是隨著NaCl濃度增加，樣品的Zeta絕對值逐漸變小。雖然數(shù)據(jù)點(diǎn)有一定散布，但是還是可以看出Zeta電位絕對值隨NaCl濃度增加呈降低趨勢。這是因?yàn)镹aCl濃度升高導(dǎo)致了樣品顆粒周圍環(huán)境中的離子強(qiáng)度的增加，對于顆粒Zeta電位的屏蔽效果越強(qiáng)，從而導(dǎo)致了Zeta電位絕對值的降低。
圖2（c）中展現(xiàn)了顆粒的粒徑隨NaCl濃度的變化。可以看出，NaCl濃度越高（>100mM），所測粒徑越接近200nm的標(biāo)稱值且基本恒定。在NaCl濃度為0（蒸餾水）條件下，此時(shí)測得的粒徑為215nm，明顯高于200nm的標(biāo)稱值。這是因?yàn)轭w粒周圍環(huán)境中離子較少，顆粒的雙電層處于展開狀態(tài)導(dǎo)致的。隨著NaCl濃度升高，周圍環(huán)境中的離子強(qiáng)度上升，對于顆粒Zeta電位的屏蔽作用增加，也壓縮了雙電層的尺寸，致使粒徑逐漸接近標(biāo)稱值。
總結(jié)
本實(shí)驗(yàn)考察了不同NaCl濃度下200 nm的聚苯乙烯球的粒徑和Zeta電位隨鹽濃度變化的關(guān)系。研究表明，樣品的雙電層對于動(dòng)態(tài)光散射檢測顆粒的粒徑結(jié)果具有貢獻(xiàn)，在低離子強(qiáng)度環(huán)境中，雙電層是展開狀態(tài)，粒度結(jié)果比真實(shí)值大。對于追求粒徑測試準(zhǔn)確性高的用戶來講，應(yīng)當(dāng)在測試過程中注意雙電層對于測試結(jié)果的影響。當(dāng)發(fā)現(xiàn)對結(jié)果影響較大時(shí)，可以適當(dāng)增加分散介質(zhì)的離子強(qiáng)度（比如用較高濃度的NaCl溶液）限制顆粒的雙電層展開量，從而能得到更準(zhǔn)確的粒度結(jié)果。
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