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1、电位及分子量的测定 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、一、Zeta电位理论电位理论电位理论电位理论Zetasizer Nano的操作的操作 电位测量电位测量1、电位理论、电位理论什么是什么是Zeta电位电位?Zetasizer NanoZetasizer Nano系列通过测量电泳迁移率并运用系列通过测量电泳迁移率并运用HenryHenry方程计算方程计算ZetaZeta电位。通过使用激光多普勒测速法（电位。通过使用激光多普勒测速法（LDVLDV）对
2、样品进行电泳）对样品进行电泳迁移率实验，得到带电粒子电泳迁移率。迁移率实验，得到带电粒子电泳迁移率。Zeta电位和双位和双电层粒子表面存在的净电荷，影响粒子界面周围粒子表面存在的净电荷，影响粒子界面周围区域的离子分布，导致接近表面抗衡离子区域的离子分布，导致接近表面抗衡离子（与粒子电荷相反的离子）浓度增加。于是，（与粒子电荷相反的离子）浓度增加。于是，每个粒子周围均存在每个粒子周围均存在双电层双电层。围绕粒子的液体层存在两部分围绕粒子的液体层存在两部分 1、内层区、内层区Stern层层 2、外层分散区、外层分散区内层区内层区Stern层层 其中离子与粒子紧紧地结合在一起其中离子与粒子紧紧地结合
3、在一起外层分散区外层分散区 其中离子不那么紧密的与粒子相吸附其中离子不那么紧密的与粒子相吸附在分散层内，有一个抽象边界，在边界内的在分散层内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时当粒子运动时（如由于重力），在此边界内的离子随着粒（如由于重力），在此边界内的离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。这个边界称为这个边界称为流体力学剪切层或滑动面流体力学剪切层或滑动面（slipping plane）在这个边界上存在的电位即称为在这个边界上存在的电位即称为Zeta 电位电位测量影响因素判断量影响因素判断
4、Zeta 电位的大小表示胶体系位的大小表示胶体系统的的稳定性定性趋势。胶体系统是：当物质三相（气体、液体和固体）之一，良胶体系统是：当物质三相（气体、液体和固体）之一，良好地分散在另一相而形成的体系。好地分散在另一相而形成的体系。对这种技术，我们对两种状态感兴趣：固体分散在液体中对这种技术，我们对两种状态感兴趣：固体分散在液体中和液体分散在液体中即乳剂。和液体分散在液体中即乳剂。Zeta 电位大于电位大于+30mV正电或小于正电或小于-30mV 负电的粒子，通常认为是稳负电的粒子，通常认为是稳定的。定的。-如果悬浮液中所有粒子具有较大的如果悬浮液中所有粒子具有较大的正的或负的正的或负的Zeta
5、 电位，那么他们电位，那么他们将倾向于互相排斥，没有絮凝的倾将倾向于互相排斥，没有絮凝的倾向。向。-如果粒子的如果粒子的Zeta 电位值较低，则电位值较低，则没有力量阻止粒子接近并絮凝。没有力量阻止粒子接近并絮凝。Negative zeta potentialPositive zeta potential+30mV-30mV0mVSTABLESTABLENOT STABLE影响影响Zeta 电位的最重要因素是电位的最重要因素是pH-想象悬浮液中的一个粒子，具有想象悬浮液中的一个粒子，具有负负Zeta 电位。如果在这个悬浮液电位。如果在这个悬浮液中加入更强碱，那么粒子将倾向中加入更强碱，那么粒子
6、将倾向于得到更多负电荷。于得到更多负电荷。-如果在这个悬浮液中加入酸，将如果在这个悬浮液中加入酸，将达到某一点，负电荷被中和。进达到某一点，负电荷被中和。进一步加入酸，则导致在表面产生一步加入酸，则导致在表面产生正电荷。正电荷。-因此，因此，Zeta 电位对照电位对照pH的曲线，的曲线，在低在低pH时是正电的，而在高时是正电的，而在高pH时时较低正电或是负电的。较低正电或是负电的。等电点胶体的最不稳定点胶体的最不稳定点2、Zetasizer Nano的操作的操作电位测量电位测量1、激光器、激光器2、样品池品池3、检测器器4、数字信号、数字信号处理器理器5、计算机算机6、衰减器、衰减器7、光学、
7、光学补偿装置装置Zeta电位测量样品池电位测量样品池弯曲式毛细管样品池通用插入式样品池样品池类型样品池类型弯曲毛细管样品池可抛弃型聚苯乙烯玻璃-圆孔样品池玻璃方孔样品池通用型插入式样品池 17。角度的散射光与参考光结合，角度的散射光与参考光结合，产生光强的波动信息，其中波动产生光强的波动信息，其中波动速度与粒子的速度成正比速度与粒子的速度成正比二、电位测量二、电位测量样品的制备样品的制备相关测量结果解释相关测量结果解释1、样品的制备、样品的制备样品的最高浓度和最低浓度依赖于以下因素：样品的最高浓度和最低浓度依赖于以下因素：1 1、粒子的光学性质、粒子的光学性质2 2、粒子粒径、粒子粒径3 3、
8、粒子的分散度、粒子的分散度在在Zeta电位测量过程中，首先测量参考光的强度，并且显示在电位测量过程中，首先测量参考光的强度，并且显示在Log sheet 中。随后检测散射光强度，并由衰减器调节散射光的强度至参中。随后检测散射光强度，并由衰减器调节散射光的强度至参考光源的考光源的1/10。如果参考光源的光强是如果参考光源的光强是2600kcps,衰减器将会调节散射光强不高于衰减器将会调节散射光强不高于260kcps。在在Zeta电位测试过程中的最小光强为电位测试过程中的最小光强为20kcps，低于此光强测试将中止。，低于此光强测试将中止。ZetaZeta电位测试过程中的最低浓度电位测试过程中的最
9、低浓度在在ZetaZeta电位测试过程中所需的最小光强为电位测试过程中所需的最小光强为20kcps20kcps。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。指数差值）和粒子尺寸。最低浓度最低浓度l 粒子的尺寸越大所产生的散粒子的尺寸越大所产生的散射光越强，所需的浓度也就越射光越强，所需的浓度也就越低低l例如：氧化钛粒子的水性悬浮例如：氧化钛粒子的水性悬浮液。氧化钛的折光指数为液。氧化钛的折光指数为2.5，与水的折光指数差较大，因此与水的折光指数差较大，因此有较强的散射能力。因此对于有较强的散射能力。因此对于300
10、nm的氧化钛粒子，最小浓的氧化钛粒子，最小浓度可以为度可以为10-6w/v%l 对于折光指数差很小的样对于折光指数差很小的样品，比如蛋白质溶液，最低品，比如蛋白质溶液，最低浓度会高很多。浓度会高很多。l 通常最低浓度需要在通常最低浓度需要在0.11w/v%之间才能有足够的散之间才能有足够的散射光强进行射光强进行Zeta电位测量。电位测量。ZetaZeta电位测试过程中的最高浓度电位测试过程中的最高浓度ZetaZeta电位测量过程中的散射光在向前的角度收集，因此激光应该能够穿过样电位测量过程中的散射光在向前的角度收集，因此激光应该能够穿过样品。品。如果样品的浓度过高，则激光将会由于样品的散射衰减
11、很多，相应的降低检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。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。样品的浓度范围必须由测定不同浓度下的样品的浓度范围必须由测定不同浓度下的ZetaZeta电位的试验决定，由此来得到电位的试验决定，由此来得到浓度对浓度对ZetaZeta电位的影响。电位的影响。稀释往往是比较重要的稀释往往是比较重要的2、Zeta电位位测量量标准准报告告1）样品品2）系）系统3）结果果4）图1 1）样品）样品样品一节给出样品参样品一节给出样品参数的详细情况。数的详细情况。这包括样
12、品名称、记这包括样品名称、记录号、测量日期和时录号、测量日期和时间、分散剂名称、所间、分散剂名称、所用的用的SOPSOP和测量文件名和测量文件名称。称。所显示信息通常是用所显示信息通常是用户输入户输入SOPSOP测量对话框测量对话框的内容。的内容。2 2）系统）系统Count rate（光（光强）-测量的平均光量的平均光强。F（ka）值-显示示测量量过程中所用的程中所用的Henry函数或函数或“近似方法近似方法”。值为1.5，表示使用，表示使用Smoluchowski近似；近似；而而值为1，表明使用，表明使用Huckel近似近似。3 3）结果）结果Zeta potential（Zeta电位）位
13、）-显示示测量的完成量的完成时的的Zeta电位位结果，以果，以mV表示。表示。Zeta deviation （标准差）准差）-标准差准差显示平均示平均结果的果的Zeta电位分布位分布标准差，以准差，以mV表示。表示。Conductivity（电导率）率）-样品品传导电流的能力。流的能力。较高高盐浓度通常允度通常允许较大大电流通流通过，所以具有所以具有较高高电导率。率。电导率率可能呈温度依可能呈温度依赖性。性。Peak means（峰平均（峰平均值）-显示示结果中最多三个峰的平均果中最多三个峰的平均Zeta电位位4 4）图）图结果也以图形方式显示三、三、应用用举例例1 1、举例、举例2 2、测量
14、电位的重要性、测量电位的重要性疫苗颗粒的疫苗颗粒的Zeta电位电位不同疫苗配方的长期稳定性可通过不同疫苗配方的长期稳定性可通过Zeta电位来预测电位来预测ZetaZeta电位的应用：基因治电位的应用：基因治疗疗基因治疗是用带菌载体将基因材料释放给患者到达治疗的目的基因治疗是用带菌载体将基因材料释放给患者到达治疗的目的 -带菌载体是传输工具：通常是病毒或脂质体带菌载体是传输工具：通常是病毒或脂质体-用来携带基因材料到用来携带基因材料到达体内的目标细胞达体内的目标细胞 -现时正在研究用阳离子与阴离子脂质体作为基因治疗的带菌载体现时正在研究用阳离子与阴离子脂质体作为基因治疗的带菌载体阳离子脂质体与变
15、形体式的阳离子脂质体与变形体式的DNADNA形成复合体形成复合体 -最佳转染与脂质体与最佳转染与脂质体与DNADNA的比有关的比有关 -Zeta -Zeta电位测量可被用于寻找特定脂质体与不同电位测量可被用于寻找特定脂质体与不同DNADNA变形体的最佳比例变形体的最佳比例基因治疗中的阳离子脂质体基因治疗中的阳离子脂质体变形体基因治疗中的阳离子脂质基因治疗中的阳离子脂质体体经吸附的脂质体：位阻稳经吸附的脂质体：位阻稳定定Zeta电位小结：电位小结：Zeta电位的大小可以用来预测体系的稳定性；电位的大小可以用来预测体系的稳定性；如果电荷稳定是胶体体系稳定的主要机理，一般来说，如果电荷稳定是胶体体系稳定的主要机理，一般来说，Zeta电位愈大，体系愈稳定；电位愈大，体系愈稳定；假如稳定性的是由于位阻效应，则假如稳定性的是由于位阻效应，则ZetaZeta电位愈小，体系愈稳电位愈小，体系愈稳定。定。制陶业：对于浆料颗粒要求较高的Zeta电位，保证陶瓷粒子紧密堆积。废水处理：废水的絮凝状态与pH，加入的化学絮凝剂，氯化铝或其它高电荷盐类相关。Zeta电位测量与这些参数结合是十分重要的。乳液：Zeta电位的研究决定了乳状液在其所应用环境中是否维持稳定。测量电位的重要意义测量电位的重要意义三、三、Zetasizer Nano的应的应用用：Zetasizer Nano的的功能功能L/O/G/O