恒电位仪国家标准

Zeta电位指剪切面的电位，由胶体中粒子与粒子间的相互作用造成，代表颗粒之间相互排斥或吸引力的强度，因此可以用来表征表征胶体分散系稳定性。而这一参数在工业生产以及研究领域中被用于监测胶体分散系的制造流程和优化胶体系统的性能，广泛应用于制药、化妆品、造纸、建筑材料等行业。 　　作为重要的工业参数，Zeta电位已经有了较为成熟的检测方法，包括电泳法、电渗法、流动电位法以及超声波法等。其中以电泳法应用最广，其方法是将待测液注入两端加有电压的电泳池中，然后用激光多普勒测速法测量胶体粒子迁移速度，再根据Zeta电位和移动速率的关系，从而计算出待测溶液的Zeta电位。 　　从测量方法可以看出，Zeta电位不是直接测量的量，而是需要通过溶剂和颗粒的相对运动测量。并且Zeta电位不是颗粒的固有属性，它取决于颗粒表面与其分散的液相之间的化学平衡。液体化学和离子组成的任何变化都可能影响这种平衡，从而影响zeta电位。因此，样品制备和测量过程对测量结果的准确性有着很大的影响。 　　为了避免zeta电位测量操作问题使测量结果出现误差，需要一个统一的zeta电位测量操作指导原则。然而目前我国只有了GB/T 32671.1-2016《胶体体系 zeta电位测量方法 第1部分：电声和电动现象》、GB/T 32668-2016《胶体颗粒zeta电位分析 电泳法通则》，尚未制定测定zeta电位的样品制备和测量过程的通用指导原则，相关的国际标准也仅有ISO/TR 19997:2018《Zeta电位测量操作 指导原则》。这影响了zeta电位测量的应用。 　　国家标准化管理委员会将《Zeta电位测量操作指导原则》列入2020年第四批推荐性国家 标准计划项目，由山东理工大学主要负责本标准草案的制订、修改与申报，上海市计量测试技术研究院负责本标准相关实验验证工作。近日《Zeta电位测量操作指导原则》完成起草并公开征求意见，截止日期为9月25日。 　　标准提供了基于光学电泳迁移法或电声法，用于测量zeta电位的样品制备和测量过程的通用指导原则。阐述了测量的不确定度和误差来源，包括从之前的样品中产生的携带污染、不恰当的样品制备过程、不合适的液体介质、操作人员不正确的参数输入等。为Zeta电位测量提供了具有重大意义的指导。20_WD_2019103132_Zeta电位测量操作指导原则.pdf

Zeta 电位通常用于研究液体介质中颗粒分散体系的等电点(IEP)和表面吸附，并作为比较不同样品静电分散稳定性的指标。Zeta电位不是可直接测量的量，而是使用适当理论确定的量。此外，Zeta电位不是悬浮颗粒的固有属性，而是取决于颗粒和介质属性，以及它们在界面上的相互作用。介质的化学成分和离子浓度的任何变化都会影响这种界面平衡，从而影响Zeta电位。因此，样品制备和测量过程都会影响测定结果。为了避免zeta电位测量操作问题使测量结果出现误差，需要一个统一的zeta电位测量操作指导原则。近期，GB/Z 42353-2023《Zeta电位测定操作指南》发布实施，提供了使用光学电泳迁移法或电声法测定Zeta电位的样品制备和测量过程的操作指南。本文特邀该标准主要起草人、ISO颗粒表征专家许人良博士对标准进行解读。一、背景近年来，Zeta电位这个参数越来越多地出现在各行各业。Zeta电位的测定不仅被用于科学探索，产品研发的理论设计、各个阶段的试验、最终产品的参数设定，在生产中也越来越多地被用于过程控制，以及中间产品或最终产物的质量控制，关于Zeta电位的在线测定也有所报道。而在化学工业出版社2023年出版《Zeta电位实用指南》专著之前，国内外尚缺乏有关Zeta电位的专业书籍，在相关领域的专业图书中涉及的Zeta电位专业知识也不尽详细。高等教育中除了胶体化学专业课程，一般本科物理化学教学中涉及Zeta电位的很少，致使很多使用者不能完全理解这一参数的物理意义，难以正确地进行样品制备与测量、阐释测量结果，从而将测量结果应用到所要解决的理论或实践问题中去。与其他颗粒表征的参数不同，Zeta电位不是通过直接测量得到的，而是通过测量某个物理量，然后使用某一理论模型得到的；Zeta电位不仅是颗粒表面的特性，而与颗粒的浓度以及所处的介质性质也密切有关。由于这两个特性，在Zeta电位的测定以及数据阐释中，普遍存在错误的操作、计算与结论。基于上述原因，及时制定发布《Zeta电位测定操作指南》国家标准，为广大科技工作者提供正确的Zeta电位测定操作指导，是极其重要与必要的。本标准等同采用由ISO TC24/SC4制定的ISO/TR 19997:2018《Guidelines for good practice in zeta-potential measurement》，填补了国内现有标准的空白，为胶体颗粒Zeta电位测定标准化奠定了良好的基础；对正确使用Zeta电位测定技术与数据解释，具有重要的参考价值。本标准制定了用于测定Zeta电位的样品制备和测定过程的一般指导原则，有望统一国内的测试方案，在科研、医药、化工等领域有着重要意义。二、制定过程本标准涉及的专业领域较为广泛，因此集合了国内相关领域的一批权威代表性机构和企业合作完成。主要参与单位有山东理工大学、上海市计量测试技术研究院、中机生产力促进中心有限公司、河南中科智能制造产业研发中心有限公司。2021年4月，标准起草工作组组建，讨论了具体的工作过程，拟定了相应的工作计划和各单位承担的工作内容。此标准的编制工作依据《标准化工作导则第1 部分:标准化文件的结构和起草》，《标准化工作导则 第2 部分:以ISO/IEC标准化文件为基础的标准化文件起草规则》，以及《国际单位制(SI)和国际单位制多功能与某些其它单位的使用推荐规程》等国家标准。本标准共进行了一项验证实验，对聚苯乙烯的浓溶液采用均衡稀释法进行稀释，在一系列浓度条件下测量样品的Zeta电位，说明均衡稀释法使得样品的特性除了颗粒浓度外，其余的都保持原样，颗粒的Zeta电位在稀释过程中没有改变。经过广泛征求修改意见与评审会专家意见，并经过相关实验验证，本标准最终于2023年3月发布， 并于10月1日起实施。三、主要内容本标准首先概括性地介绍了Zeta电位的定义与特性，主要用途，以及主要测量技术。强调了从不稳定悬浮液到稳定悬浮液转变的临界Zeta电位值，只在有限的应用中才得到证实，需要小心使用。并建议以监测和关联第二被测量（例如粒度分布，浊度，黏度等）以验证由Zeta电位测量得到的结论。本标准分两章详细地描述了样品制备与测定的不确定度与误差来源。样品制备：Zeta电位测定起始于取样。只有当测试样品能够代表某一材料批次，且取样量足够时，在该样品中测到的实验值才适用于该批次。在大多数的应用中，样品必须保持稳定状态，例如没有沉淀、团聚等现象，否则所测量的实验值只能代表某一时间段的状态。除了悬浮液样品制备中的一般做法以外，由于颗粒的Zeta电位取决于颗粒以及分散介质，如果不采取特殊措施，简单的稀释可能会改变介质的化学成分，从而影响颗粒Zeta电位。样品制备需要遵循的程序是能从原始体系变为可用于测量的稀释样品后，Zeta电位不变。这就要求在稀释时，不仅原始体系和稀释后体系之间的颗粒及其表面保持相同，而且介质保持相同的电化学性质，有相同的pH值和各种离子浓度，也即除了颗粒浓度，悬浮液的其他特性都不变。使用去离子水进行简单稀释是一种常见的误导性且通常不正确的制备Zeta电位测量样品的方法。样品稀释可以遵循所谓的平衡稀释方法，即使用与原始体系中相同的液体作为稀释剂。如果处理得当，平衡稀释会导致样品中唯一修改的参数是颗粒浓度。理论上只有基于平衡稀释的样品制备过程才能产生与初始体系有相同Zeta电位的稀释样品。得到用于平衡稀释的液体有三种方法。第一种方法包括使用重力沉降或离心法提取上清液。然后用此清液或“母液”将初始样品稀释至所选测量技术的最佳程度。该方法适用于相对于介质有足够密度差的颗粒。对于用第三相（乳化剂）稳定的通常不混溶的油相和水相的乳液，离心方法不适用。通常将其稀释到匹配的离子背景中，使在初始的浓的和稀释后的悬浮液有相同的离子背景。该稀释剂可通过了解分散剂相中的离子组成（离子、离子表面活性剂）获得。第三种可能更适合纳米和生物胶体的方法是使用透析。透析膜需要对离子和分子具有渗透性，但对胶体颗粒不具有渗透性。如果样品需要稀释，建议在不同浓度下进行一系列测量，这样可以观察到颗粒-颗粒相互作用的影响或其他稀释效应。通常，由颗粒-颗粒相互作用引起的受阻运动会减少表观运动，从而使测量的Zeta电位绝对值偏小，而不同程度的稀释可能会观察到不同的Zeta电位，直至稀释到颗粒间的相互作用不再影响到测量值。无论是初始样品还是经过制备（稀释）的样品，必须对其稳定性进行一系列按时间顺序进行的测量。如果遇到测量值随时间而变，则除了报告测量值之外，还需报告变化率。通常在实验报告中需要详细说明样品是如何处理的，以及稀释剂是如何制备的。可以对样品进行多次稀释和测量，以证明所采用的方法是稳定和可重复的。测定的不确定度与误差来源：为了保证测量的准确性，强烈建议仪器制造商或其指定人员定期对仪器进行性能验证。当使用电泳光散射法测量时，必须保证在测量区有足够的颗粒，而不会由于沉降而使颗粒都沉到底部。当电泳速度很小时，使用可测量极小电泳迁移率的相位分析光散射法。操作人员不正确的参数输入也是可能的误差来源。Zeta电位测量对清洁度和少量污染物（如多价离子或浸出材料）的存在特别敏感，这些污染物可能不会显著影响电导率或pH值，但却会影响Zeta电位的测量。可能的污染源有：1）用于稀释或样品制备的介质（通常为水）的质量；2）前一个样品在样品池内的残留，特别是当前后两个样品的离子浓度相差很大时，简单的冲洗可能是不够的；3）用于实验的任何玻璃器皿或其他容器内壁所残留的离子；4）介质在测量温度下显著挥发或蒸发而导致介质的变化；5）气泡（在灌装过程中或者过滤过程中形成，或者从溶解空气中产生，或者由于电化学反应而产生，例如在电极表面发生电解）的存在会扭曲电场，并导致错误的电导率测量，或受障碍的电泳运动；6）水中二氧化碳的溶解对悬浮液pH与电导率的影响。其他会影响测量结果的因素主要来自于所加的电场：1）由于所加电场后产生焦耳热。焦耳热可以同时引起温度升高和温度梯度，两者都会影响zeta电位测量过程中的电泳和电渗；2）当电流通过样品时所导致的样品变化，特别是对蛋白质和蛋白质类生物分子（如DNA），或颗粒表面包覆有生物分子或其他易受影响涂层的样品；3）电场作用导致电极表面的氧化还原反应，从而影响某些生物样品。减轻该问题可以考虑几种解决方法，包括减少电场的施加时间，用微弱的电场，使用短脉冲电压，使用较低活性的电极材料(如将金换成钯)，或同时监测粒径大小，当观察到显著的变化趋势时，停止测量，等等。Zeta电位是由电泳迁移率计算得来的。用于计算的合理理论和公式极大程度上取决于悬浮液的环境，商业仪器使用的理论计算ζ电位一般假定颗粒为光滑的刚性圆球，对非理想颗粒，应谨慎使用。四、进一步阅读本标准仅对如何正确测定Zeta电位提出了一些指导，如果想要系统地了解Zeta电位的定义、物理含义、计算方式、测定方法，以及一些典型的应用，可以参考由化学工业出版社出版、许人良所著的《Zeta电位实用指南》。该书涵盖了有关Zeta电位与电动现象的最新发展，提供了诸多最终能用于解释实验结果的公式，并附有对于这些公式的理论基础以及数学推导与公式演变过程的较详细的参考资料。

2023年，市场监管总局（国家标准委）积极实施《国家标准化发展纲要》、《质量强国建设纲要》加大标准供给力度，以高标准引领高质量发展。市场监管总局数据显示，前三季度新批准发布国家标准1971项，同比增长超过110%。其中，工业领域发布国家标准1660项，占比84.2%。仪器信息网关注到，2023年，我国颗粒学领域标准建设工作成果斐然。多项颗粒表征技术及分析仪器相关国家标准发布或实施，涉及静态光散射法、静态图像法、电泳光散射法、离心沉降法、单颗粒电感耦合等离子质谱法、纳米颗粒跟踪分析法等，由全国纳米技术标准化技术委员会、全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会归口管理。本文特将上述标准加以整理，供相关从业者查阅参考。2023年度发布/实施的颗粒表征国家标准标准号标准名称发布日期实施日期GB/T 43196-2023纳米技术 扫描电子显微术测量纳米颗粒粒度及形状分布2023-09-072024-04-01GB/T 42732-2023纳米技术 水相中无机纳米颗粒的尺寸分布和浓度测量 单颗粒电感耦合等离子体质谱法2023-08-062024-03-01GB/T 42469-2023纳米技术 抗菌银纳米颗粒 特性及测量方法通则2023-03-172023-10-01GB/T 42311-2023纳米技术 吸入毒性研究中呼吸暴露舱内纳米颗粒的表征2023-03-172023-10-01GB/T 42348-2023粒度分析 颗粒跟踪分析法(PTA)2023-03-172023-10-01GB/T 42342.2-2023粒度分布 液相离心沉降法 第2部分：光电离心法2023-03-172023-10-01GB/Z 42353-2023Zeta电位测定操作指南2023-03-172023-10-01GB/T 41949-2022颗粒 激光粒度分析仪 技术要求2022-12-302023-07-01GB/T 42208-2022纳米技术 多相体系中纳米颗粒粒径测量 透射电镜图像法2022-12-302023-07-01GB/T 41948-2022 颗粒表征 样品准备2022-12-302023-04-01一、《纳米技术 扫描电子显微术测量纳米颗粒粒度及形状分布》本标准牵头单位为中国计量科学研究院，主要参加单位包括国家纳米科学中心、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京理化分析测试中心）、山东省计量科学研究院、卡尔蔡司（上海）管理有限公司、北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司、中国检验检疫科学研究院、北京粉体技术协会等。纳米颗粒因尺度效应而具有传统大颗粒所不具备的独特性能，被广泛应用于生物医药、化工、日用品、润滑产品、新能源等领域。而纳米颗粒的粒度形状分布，直接关系到相应产品的性能质量及安全性，需要进行准确的测量表征。扫描电子显微镜（SEM）作为最直观、准确的显微测量仪器之一，在纳米颗粒测量表征中不可或缺。本标准从很大程度上完善和补充国内现有标准的不足，给出较为完整的颗粒粒径测量的分析评价方法，对于采用不同扫描电子显微镜（SEM）得到的颗粒测量结果一致性评判，具有重要的参考价值。标准解读详见：【标准解读】扫描电子显微术测量纳米颗粒粒度及形状分布 二、《纳米技术 水相中无机纳米颗粒的尺寸分布和浓度测量 单颗粒电感耦合等离子体质谱法》本标准由国家纳米科学中心、珀金埃尔默企业管理（上海）有限公司、赛默飞世尔科技(中国)有限公司、岛津企业管理(中国)有限公司、清华大学、中国计量科学研究院、杭州谱育科技发展有限公司，安捷伦科技（中国）有限公司制定。单颗粒电感耦合等离子质谱法（spICP-MS）是一种在非常低的浓度中检测单个纳米颗粒的方法。与传统表征金属纳米颗粒技术相比，使用单台ICP-MS，不需联用设备就可以同时完成纳米颗粒的成分、浓度、粒径、粒度分布和颗粒团聚的检测，这是透射电子显微镜（TEM）、动态光散射（DLS）等纳米粒径表征技术无法完成的，并且此方法可将样品中溶解的纳米颗粒离子与固体纳米颗粒区分开来。本标准是国内首项使用单颗粒电感耦合等离子体质谱方法表征纳米颗粒的国家标准，支撑spICP-MS作为一种普适性方法的推广与应用。标准解读详见：《单颗粒电感耦合等离子质谱法检测纳米颗粒》国家标准解读 三、《Zeta电位测定操作指南》 本标准由山东理工大学 、上海市计量测试技术研究院 、中机生产力促进中心有限公司 、河南中科智能制造产业研发中心有限公司制定。Zeta 电位通常用于研究液体介质中颗粒分散体系的等电点(IEP)和表面吸附，并作为比较不同样品静电分散稳定性的指标。Zeta电位不是可直接测量的量，而是使用适当理论确定的量。此外，Zeta电位不是悬浮颗粒的固有属性，而是取决于颗粒和介质属性，以及它们在界面上的相互作用。介质的化学成分和离子浓度的任何变化都会影响这种界面平衡，从而影响Zeta电位。因此，样品制备和测量过程都会影响测定结果。为了避免zeta电位测量操作问题使测量结果出现误差，需要一个统一的zeta电位测量操作指导原则。本标准发布实施，提供了使用光学电泳迁移法或电声法测定Zeta电位的样品制备和测量过程的操作指南。标准解读详见：ISO颗粒表征专家许人良解读《Zeta电位测定操作指南》国家标准 四、《纳米技术 多相体系中纳米颗粒粒径测量 透射电镜图像法》本标准牵头单位为国家纳米科学中心，主要参加单位包括国标（北京）检验认证有限公司、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京市理化分析测试中心）、深圳市德方纳米科技股份有限公司、中国计量大学、北京粉体技术协会等。透射电子显微镜（TEM）具有原子水平的分辨能力，它不仅可以在观察样品微观形态，还可以对所观察区域的内部结构进行表征，成为纳米技术研究与发展不可或缺的工具。特别是TEM配合图像分析技术对多相体系中纳米颗粒粒度进行分析具有一定的优势。本标准从很大程度上完善和补充国内现有标准的不足，给出较为完整的多相体系中纳米颗粒粒径分析评价方法，不仅对于多相体系中纳米颗粒的粒径这种需要探讨体系内部的颗粒测量给出了方案，而且对于不同TEM的颗粒测量结果一致性评判具有重要的参考价值。标准解读详见：【标准解读】透射电镜图像法测量多相体系中纳米颗粒粒径 五、《粒度分析 颗粒跟踪分析法(PTA)》本标准由中国计量科学研究院 、深圳国技仪器有限公司 、太原理工大学 、上海思百吉仪器系统有限公司 、中机生产力促进中心有限公司 、湖州中能粉体材料股份有限公司 、山东理工大学 、仪思奇(北京)科技发展有限公司 、珠海真理光学仪器有限公司 、大昌洋行（上海）有限公司等单位制定。PTA基于激光照射、散射光成像、颗粒识别及定位、单一颗粒跟踪等技术手段，对悬浮液中的颗粒扩散运动进行测量。近年来，学术界在脂质体及其他药物载体、纳米毒理学、病毒、外泌体、蛋白聚集、喷墨墨水、颜料颗粒、化妆品、食品、燃料添加剂及微气泡等工作中开始使用PTA技术进行表征。ASTM已发布了一个标准指南(E2834-12)，指导纳米颗粒跟踪分析法NTA测量粒径分布。本标准旨在扩展规范的范围并推进PTA操作的系统化。本标准概述了颗粒跟踪分析法的理论、基本原理及优缺点，同时对仪器配置、测量程序、系统确认和分析报告等进行了描述，数据含义阐述及解释是其中重要内容之一。六、《粒度分布 液相离心沉降法 第2部分：光电离心法》本标准由罗姆（江苏）仪器有限公司 、中机生产力促进中心有限公司 、安徽鼎恒实业集团有限公司 、中国计量大学 、长兴旭日粉体科技股份有限公司制定。尽管过去20年发展了多种颗粒表征新技术，但由于技术的进步(例如多波长特征)以及沉降技术是基于重力或离心场中定向运动（迁移）进行颗粒表征最本初的方法，沉降法在某种程度上重新焕发活力。作为一种分级技术，沉降分析有助于区分具有接近沉降速度的不同颗粒及其相应的等效斯托克斯直径。可以非常精细地分辨粒度分布，这与光谱集成技术相比是一个优势。此外，如果颗粒的扩散通量按沉降通量的顺序排，一些离心技术有助于对颗粒系统进行多维表征，即同时确定多个分布量(例如颗粒大小和密度或形状因子)。GB/T42342《粒度分布液相离心沉降法》是通过离心沉降法加速颗粒在液体中迁移来确定颗粒材料的沉降速度、沉降系数和粒度分布的方法。第1部分给出了离心沉降法的基本原理和指南，第2部分给出了用液相离心沉降法测定颗粒粒度分布的方法。七、《纳米技术 抗菌银纳米颗粒 特性及测量方法通则》本标准由国家纳米科学中心 、中国食品药品检定研究院 、中国医学科学院基础医学研究所制定。银纳米颗粒具有抗菌性能，成为在消费品中应用最广泛的纳米材料之一。银纳米颗粒越来越多地应用于消费品中，以控制产品表面或内部的微生物生长。尽管市面上有很多含银纳米颗粒的抗菌产品，但大多数产品在销售时并未提供纳米颗粒理化性质和抗菌特性的信息。目前，大多数生产商依据实践经验提供特性指标。在参考了纳米技术领域抗菌银纳米颗粒粉体和胶体的其他标准的基础上，本标准提供了银纳米颗粒特性指标及推荐测量方法的指南。本标准中推荐的主要测量方法可用于工业界具体参数确定。本标准总结选取了目前常用的测量方法，因此需要适时更新。八、《纳米技术 吸入毒性研究中呼吸暴露舱内纳米颗粒的表征》 本标准由国家纳米科学中心 、广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院制定。纳米颗粒吸入毒理学的一个关注点是确保从业人员和消费者的健康。为了进行纳米颗粒的呼吸毒理学研究，有必要对呼吸舱内纳米尺寸颗粒的浓度、尺寸和分布特征进行监测。监测细颗粒或粗颗粒的传统方法，如称重法，不足以用于纳米颗粒,因为纳米特性参数（如颗粒表面积、颗粒数目等）可能是关键的决定因素，需进行监测。本标准提供了一系列的呼吸暴露舱内纳米颗粒监测方法，既包括差分迁移分析系统(DMAS)，用于测量颗粒数量、尺寸、分布、表面积和估算质量浓度；也包括应用透射电子显微镜(TEM)或者扫描电子显微镜(SEM)进行形貌表征；还包括应用X射线能量色散谱(TEM-EDXA)进行化学成分分析。九、《颗粒 激光粒度分析仪 技术要求》本标准由中国计量科学研究院 、珠海真理光学仪器有限公司 、合肥鸿蒙标准技术研究院有限公司 、丹东百特仪器有限公司 、中国计量大学 、济南微纳颗粒仪器股份有限公司 、成都精新粉体测试设备有限公司 、堀场（中国）贸易有限公司 、上海思百吉仪器系统有限公司（马尔文帕纳科） 、大昌洋行（上海）有限公司（MicrotracMRB） 、上海理工大学 、珠海欧美克仪器有限公司等单位制定。激光粒度分析仪是用于测量颗粒大小及其分布的仪器。与其他粒度测量仪器相比，激光粒度分析仪具有粒度测量范围宽、测量速度快、测量重复性好和操作方便等优点。激光粒度分析仪在制造和使用中，制造单位和用户最关心的就是其性能指标。本标准对仪器的重复性、准确性、分辨力和Dso检测下限等提出具体要求，以规范仪器厂家的生产与宣传行为，便于不同实验室之间对粒度结果进行比较，利于用户选择适合自己需要的激光粒度分析仪。十、《颗粒表征 样品准备》本标准由深圳市德方纳米科技股份有限公司 、合肥鸿蒙标准技术研究院有限公司 、山东理工大学 、济南微纳颗粒仪器股份有限公司 、中国科学院过程工程研究所 、华南理工大学 、澳谱特科技（上海）有限公司 等单位制定。颗粒材料在国民经济的众多领域都起着重要的作用。在颗粒材料的研发、制备、生产与应用中，都离不开对颗粒特性的表征。除了需要对各类表征技术及分析仪器进行标准化外，对颗粒表征样品准备过程（包括取样、制样和样品转移等）的标准化也至关重要。适宜和规范的样品准备是得出正确颗粒表征特性的必要条件。本标准用于确立颗粒表征所用样品的准备程序，以指导颗粒测试人员得到正确的待测样品。