涂层材料中颗粒电荷的理解和有效利用检测方案(Zeta电位仪)

DKSHApplication Note-Colloid Analysis DKSH C07-颗粒电荷的理解和有效利用 …解释了 StabinoQ提供的快速和方便的电荷滴定概念 在微细的分散体系中，带有相同电荷的颗粒间的静电排斥力决定了体系抗凝聚和凝结的稳定性，表征带电颗粒界面的特性是必须的。当颗粒通过端基离子功能化后，总电荷和电荷密度都是需要了解的重要参数。电荷的测量是通过某种方式产生电动学信号。根据实验的设置，结果通常有电泳法，电声法和声阻法 zeta 电位，以及 StabinoQ中的流动电势。这些名字是电荷参数中最常被提及的，由作用于粒子界面的双离子层的剪切力而引起的(见下图1)。所有这些测试都和位于剪切面的颗粒界面电位(PIP，也被称为 zeta 电位)成正比。为了生成界面电势，需要在电泳或者电声法中生成电场，或者在流动电势和声阻法实验中生成机械应力。通过这种方式，，可以带走溶液中外层的松散结合的离子，使界面电荷“敞开”可测量。 图1 电荷滴定的目的 依赖于粒度范围， zeta 电位通过 Smoluchowski，Henry 或者其他方程计算。然而可以用于准确计算的粒度范围是有限的，特别是100nm 以下，准确的计算过程还没有清楚地达成一致。而对于公式化实践来说很容易存疑，通常还是需要绝对值的。另外， PIP的单点测试并不能说明样品的全部问题。界面电位通常依赖于离子环境。严格来说，没有离子环境是无法定义颗粒的界面电势的。PH 值的微小变化可能会引起颜料悬浮液的不稳定， 尽管之前它的 zeta 电位很高。因此，考察 PIP随着影响电位的某种物质的量的滴定曲线是非常有用的。这可以是 PH， 离子型表面活性剂或者是某种聚电解质。说到这里，通过电荷滴定可以得到很多有用的结果，一种是确认分散体系的稳定和不稳定区域，另一种确定引起大分子或/和微粒反应的凝结剂或催化助剂的量。 流动电流电势测量 图2：流动电势SP 检测的设置原理：吸附在 PTFE 样品容器壁上的颗粒，其周围的离子云的移动，形成了电极间的流动电势 SP 通过在圆柱体容器中上下移动柱塞，容器和柱塞间的液体上下流动。因为被固定颗粒界面的剪切力，使颗粒的离子云运动如上所示。颗粒的静止由大分子或者小颗粒吸附在容器壁上或者大颗粒的惯性形成。在样品底部的静止区，不存在这样的离子位移。因此，在测试圆柱体底部和较高部分之间的振荡信号可以被获取。 悬浮液里的小颗粒的电子云通常都是对称分布的，因此对于电位不会有显著影响。 SP 信号的相位的交替变化与颗粒电荷的极性有关。依赖于应用，可以进行聚电解质， PH 或者盐滴定。滴定和流动电流电势检测可以决定阳离子/阴离子的耗用量和等电点。不论寸心电位的零点或者滴定曲线的最大量是否重要，研究的目的阐明了规律。在回收过程中，月了规律。仕应实现分散体系的分离，因此用户想要知道达到零电位所需要的添加剂的量。在另一种情况下，当一个分散体系需要通过改变表面电荷来稳定，电荷滴定可以用于决定样品达到远离零点的稳定区域所需要的量。这可以通过设置 PH到相应的值来达到。 图3：典型的滴定曲线：PH或者聚电解质滴定，找到颗粒电荷为零的点，或者分散悬浮液稳定的区间 或者在另一种情况下，颗粒需要电解质涂层，聚电解质滴定曲线表征了涂层材料的最佳使用量，因 为电位信号的高低表征排斥力的强度。 StabinoR流动电势的广泛适用性 看看 SP 方法可适用的粒度范围，很显而易见， SP 是最广泛适用的方法：：可以测量0.3nm的大分子溶液，同时上至300um的颗粒悬浮液或乳液也可以测量。可测量的电导率范围从几乎零到 50mS/cm，样品浓度范围从0.01或者10%甚至于更高。样品的粘度上限可到 300mPas。在此粘度下，通常向样品中滴加滴定溶液的混合效率是非常困难的。除了样品和滴定剂的浓度，无需其他的样品参数。最后但不是最重要的，如果 zeta 电位是很重要的需知道的参数，流动电势可以通过简单的常数运算为zeta 电位。 电荷滴定中流动电势的高效性 混合、体系均质和信号测量都是在一个设备中，使StabinoR用作滴定非常高效。再进入滴定的细节之前，需要重点强调，通常一个滴定所需时间仅为5-15分钟。 电荷滴定的仪器构成 在 StabinoR的设置原则中-如图4所示-为了简化和减少故障的原因-仪器配置了两个滴定剂。它们用于电荷滴定。所感应应的信号为界面电势。样品体积为10ml。滴定方法在 SOP 中设定，并程序定义了滴定的终点。也可以进行动力学研究。 通过使用电荷标准品滴定样品，可以评估每克样品的荷质比或者荷质比密度(库伦每克)，如果已知体积浓度和分散体系的比表面积的话。实际的限制，高粘度、强沉淀或者样品池堵塞，决定了上限尺寸大约为300u m. 图4： StabinoR的基本设置，带有两个集成分配泵和两个储液罐的自动滴定。圆柱体样品容器带有两个凹槽， 个用于 PH电极， 一个用于可选的 Nano-flex 仪器的180°DLS粒度探头(图上未显示)。 在图5和6中显示了典型的滴定曲线。图5显示了用另一种种电解质溶液进行的聚电解质滴定，图6则是蓝色颜料的 PH滴定。 图5：聚电解质滴定，用0.001N PVS 滴定 0.001N的阳离子 P-DADMAC 至电荷零点 图6：颜料悬浮液的PH滴定 StabinoR-学习电荷分析和每天使用的邀请 通常，对于 zeta 电位的课题来说，电荷分析和滴定，要远远比粒度分析更有难度。对于颗粒界面电势有着更多的影响因素。要了解它们，需要物理和化学的知识。最快最简便得了解它们之间相互关系的方法就是通过 StabinoR进行滴定实验。它不需要光学参数，形状参数和粘度。因为两个高效的 分配泵的存在，滴定方法的选择非常简单。尤其方便的是，需要很少的清洗管路和瓶子的操作。SP 电荷滴定法是目前唯一可行的表征大分子溶液的电荷特性的方法。在许多应用中，聚电解质添加剂用于涂层，表面功能化和回收处理，因此可以用同样的方法表征颗粒和这些添加剂预期的反应。 所有这些提供了“观察即学习”机会。这是进入颗粒离子电荷电势的课题的最高效的入门。可选的180°背散射寸 DLS 探测器可以得到0.3nm到6.5um的粒度分布，包括比表面积信息，其可以用于计算单位表面积的电荷。通过粒度检测器，颗粒团聚可以归因于特定的离子条件。 StabinoR邀请您进入颗粒电荷表征课题，其灵活性和全面性展示了对于界面离子的完整表征…请每天使用它! 选择大昌华嘉，就是选择仪器应用专家Think Asia. Think DKSH.www.dksh-instrument.cn 电话： 邮箱： ins.cn@dksh.com -解释了Stabino II提供的快速和方便的电荷滴定概念在微细的分散体系中，带有相同电荷的颗粒间的静电排斥力决定了体系抗凝聚和凝结的稳定性，表征带电颗粒界面的特性是必须的。当颗粒通过端基离子功能化后，总电荷和电荷密度都是需要了解的重要参数。电荷的测量是通过某种方式产生电动学信号，根据实验的应用需求，Zeta电位的测量方法通常有电泳法，电声法和声阻法Zeta电位，以及Stabino II中的流动电势。这些专业术语是我们在测量电荷参数中最常被提及的是由作用于粒子界面的双离子层的剪切力而引起的(见下图1)。所有这些测试都和位于剪切面的颗粒界面电位（PIP，也被称为Zeta电位）成正比。为了得到界面电势，需要在电泳或者电声法中生成电场，或者在流动电势和声阻法实验中生成机械应力。通过这种方式，可以带走溶液中外层的松散结合的离子，使界面电荷“敞开”可测量。电荷滴定的目的依赖于粒度范围，Zeta电位通过Smoluchowski,Henry或者其他方程计算。然而可以用于准确计算的粒度范围是有限的，特别是100nm以下，准确的计算过程还没有清楚地达成一致。而对于公式化实践来说很容易存疑，通常还是需要绝对值的。另外，PIP的单点测试并不能说明样品的全部问题。界面电位通常依赖于离子环境。严格来说，没有离子环境是无法定义颗粒的界面电势的。PH值的微小变化可能会引起颜料悬浮液的不稳定， 尽管之前它的Zeta电位很高。因此，考察PIP随着影响电位的某种物质的量的滴定曲线是非常有用的。这可以是PH，离子型表面活性剂或者是某种聚电解质。说到这里，通过电荷滴定可以得到很多有用的结果，一种是确认分散体系的稳定和不稳定区域，另一种确定引起大分子或/和微粒反应的凝结剂或催化助剂的量。流动电流电势测量图2：流动电势（SP）检测的设置原理：吸附在PTFE样品容器壁上的颗粒，其周围的离子云的移动，形成了电极间的流动电势（SP）通过在圆柱体容器中上下移动柱塞，容器和柱塞间的液体上下流动。因为被固定颗粒界面的剪切力，使颗粒的离子云运动如上所示。颗粒的静止由大分子或者小颗粒吸附在容器壁上或者大颗粒的惯性形成。在样品底部的静止区，不存在这样的离子位移。因此，在测试圆柱体底部和较高部分之间的振荡信号可以被获取。流动电势（SP）信号的相位的交替变化与颗粒电荷的极性有关。根据不同的应用需求，可以进行聚电解质，PH或者盐的滴定。滴定和流动电流电势检测可以决定阳离子/阴离子的耗用量和等电点。分散体系的电位的零点或称等电点（IEP）以及滴定过程中消耗每种添加剂的最大量对我们实际的应用非常重要，。在滴定过程中，如果想知道哪种分散体系的更稳定，用户只要知道达到零电位或IEP添加剂的消耗量就可以确定。在另外一种应用情况下，当一个分散体系需要通过改变表面电荷来稳定，电荷滴定可以用于决定样品达到远离零点的稳定区域所需要的量，也可以通过设置分散体系的 PH到相应的值来实现。