目前工業(yè)與科研領(lǐng)域常用的ZETA電位測(cè)量方法為電泳法,其基本原理是在外加直流電場(chǎng)的作用下,帶凈表面電荷的分散相顆粒會(huì)在分散介質(zhì)中發(fā)生定向遷移,顆粒的遷移速度與其表面ZETA電位直接相關(guān)。測(cè)量設(shè)備通過(guò)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)捕捉顆粒在電場(chǎng)作用下的位移變化,再結(jié)合分散介質(zhì)的介電常數(shù)、粘度等本征流體學(xué)與電學(xué)性質(zhì),即可換算得到待測(cè)體系的ZETA電位。針對(duì)不同的樣品特性,還有電滲法、流動(dòng)電位法、超聲波法等多種測(cè)量技術(shù)可選:針對(duì)低濃度、小粒徑的納米分散體系,電泳法的檢測(cè)靈敏度更高,可獲得更精準(zhǔn)的結(jié)果;針對(duì)高濃度漿料、大顆粒懸浮體系或者多組分復(fù)雜體系,流動(dòng)電位法可減少顆粒間相互作用與重力沉降的干擾,更適合獲得真實(shí)的界面電位信息。

ZETA電位的測(cè)量結(jié)果受多重因素影響,其中樣品本身的界面特性與分散環(huán)境是最核心的影響變量:分散相的表面化學(xué)組成、表面吸附的離子或官能團(tuán)類型、分散介質(zhì)的pH值、電解質(zhì)濃度與離子種類,都會(huì)直接改變滑動(dòng)面的電荷分布,進(jìn)而導(dǎo)致ZETA電位發(fā)生變化。比如在不同pH條件下,分散相表面的質(zhì)子化或去質(zhì)子化程度不同,其表面帶電性質(zhì)也會(huì)隨之改變。其次是測(cè)量過(guò)程的控制條件:溫度會(huì)同時(shí)影響分散介質(zhì)的粘度與離子的熱運(yùn)動(dòng)速率,若測(cè)量過(guò)程中溫度波動(dòng)過(guò)大,會(huì)引入明顯的測(cè)量誤差;外加電場(chǎng)的強(qiáng)度也需要合理控制,過(guò)高的電場(chǎng)強(qiáng)度可能引發(fā)電解、焦耳熱或者顆粒極化,干擾真實(shí)的遷移速度檢測(cè)。此外樣品的預(yù)處理也至關(guān)重要:若樣品存在氣泡、雜質(zhì)顆粒或者分散不均,都會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)失真,因此測(cè)量前通常需要對(duì)樣品進(jìn)行適當(dāng)除氣泡、稀釋與超聲分散處理,保證樣品狀態(tài)均一。
由于ZETA電位可直接反映分散體系的界面帶電特性與穩(wěn)定性,目前已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域:在納米材料研發(fā)中,可通過(guò)調(diào)控ZETA電位優(yōu)化納米顆粒的分散性與存儲(chǔ)穩(wěn)定性,避免顆粒團(tuán)聚影響材料的光學(xué)、電學(xué)等性能;在涂料、油墨、日化等工業(yè)領(lǐng)域,ZETA電位是配方開(kāi)發(fā)與產(chǎn)品穩(wěn)定性評(píng)估的核心指標(biāo)之一,通過(guò)調(diào)整助劑種類與添加量調(diào)控體系的ZETA電位,可有效延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期;在生物醫(yī)藥領(lǐng)域,脂質(zhì)體、蛋白藥物、病毒載體等遞送體系的表面電位與體內(nèi)穩(wěn)定性、細(xì)胞親和性直接相關(guān),ZETA電位測(cè)量是制劑質(zhì)量控制的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目;在環(huán)境科學(xué)研究中,水體中懸浮顆粒、土壤膠體的ZETA電位決定了其污染物的吸附能力與自然遷移規(guī)律,是污染治理與土壤修復(fù)研究的重要參考參數(shù)。