表面电位粒径仪

近日，美国分散技术公司（DTI ）推出了新一代DT-330型电声电振法电位分析仪，既可在原浓液环境下测量固体颗粒zeta电位，也可测量块状或粉状固体孔表面电位。同时，公布了最新一代超声法在线粒度分析仪—— DT-500型。 目前，流行的粒度测定方法是激光粒度法（小角激光散射法），但是，这种方法致命的缺点就是必须对样品进行稀释，并且样品最好不带颜色，对光的吸收不能太强。同样，测量zeta电位的动态光散射技术也要求在极稀的分散体系中进行，并且样品粒径不能大于几个微米（一旦颗粒产生定向运动——沉淀，就偏离了该方法的测量原理）。其实，基于同样的瑞利散射原理，如果用声波代替光波，就能够成功地克服上述缺陷。 19世纪七八十年代，亨利、廷德尔和雷诺首次研究了与胶体相关的声学现象--声音在雾中的传播。散射理论的创始人洛德瑞利也将他的散射理论中的书命名为“声音理论”。 他把计算方式主要运用到了声音，而不是用在由光学的研究中。由于理论计算的复杂性, 声学更多的依赖于数学计算而不是其他传统的仪器分析技术。随着计算机快速时代的到来和新理论研究方法的发展，今天很多问题已经在美国DTI公司有了清晰的答案。 享誉世界的DT-1200系列粒度和Zeta电位分析仪, 利用超声波在含有颗粒的连续相中传播时，声与颗粒的相互作用产生的声吸收、耗散和散射所引起的损失效应来测量颗粒粒度及浓度，采用专利电声学测量技术测量胶体体系的Zeta电位。对于高达50％（体积）浓度的样品，无需进行样品稀释或前处理即可直接测量。甚至对于浆糊、凝胶、水泥及用其它仪器很难测量的材料都可用DT-300直接进行测量，粒度适用范围从5nm到1mm。 DT-300超声探头（Zeta Probe）能直接在样品的原始条件下测量zeta电位，允许样品浓度高达50％（体积）。DT-300 结构设计紧凑，外置Zeta电位滴定装置(DT-310).自动滴定装置可自动、快速地判断等电点，可快速得到最佳分散剂和絮凝剂。对粒度和双电层失真进行自动校正。该仪器的软件易于使用，通用性强，非常适用于科研及工厂的优化控制。 在此基础上，DTI公司董事长Andrei Dukhin博士与美国康塔公司首席科学家Matthias Thommes博士通力合作，开创了电声电振效应测量固体孔道内表面zeta电位的专利方法，并用于WAVE系列和DT-300型, 成就了实现两种电位测定的DT-330型。电声电振法理论上没有分析限制，只要固体样品能被某种液体浸润即可进行分析，操作简单。 随着对高浓度在线粒度灵活监测的需求扩大，DTI公司开发了新一代DT-500型在线粒度分析仪，其功能和参数等同于DT-100型超声粒度分析仪，但其样品池采用了一次性的柔性模块（照片上的绿色部分）。它易于安装或取下（几分钟），消除了清洗过程，大大简化维护程序, 降低了应用成本。在样品池顶部和底部的模块组件用于连接到各种不同的管道，可以很容易地根据现场需求进行修改。这种管路修改不会影响仪器的性能。超声发生器和接收器之间的间隙仍然是可自动可调的，其电子控制箱和软件与DT-100是一样的。 该仪器已经应用于美国某制药公司研磨在线监测，并通过了初步的灭菌工序与125℃的蒸汽考验。 美国分散科技公司（DTI）成立于1996年，专注于非均相体系表征的科学仪器业务。 DTI开发的基于超声法原理的仪器主要应用于在原浓的分散体系中表征粒径分布、 zeta电位、流变学、固体含量、孔隙率，包括CMP浆料，纳米分散体，陶瓷浆料，电池浆料，水泥家族，药物乳剂等，并可应用于多孔固体。DTI享有7项美国专利，并在ISO参与领导组织超声法粒度分布国际标准和电声法测量Zeta电位国际标准的制定。 DTI从成立之初就与美国康塔仪器公司有着广泛的合作，目前康塔仪器公司负责DTI在欧洲大陆，英国及中国大陆的全部业务，WAVE系列由康塔公司负责销售。 利用DT系列仪器,我们能够分析：l 浓浆中粒度分布l 浓浆Zeta电位l 多孔材料的表面Zeta电位l 等电点l 孔隙率l 高频流变学l 表面活性剂优化l 表面活性剂配伍优化l 非水相和水相电导率l 微流变l 固体含量l 德拜长度 在科研领域, 利用DT系列仪器发表的文献主要集中于如下应用：l 方法验证：利用声学与电声学测定粒度分布和Zeta电位。l 纳米技术：颗粒大小和Zeta电位l 生命科学与制药l 陶瓷l CMP研磨浆液：大颗粒含量l 水泥： zeta电位滴定l 矿浆l 颜料l 在极高离子强度下的Zeta电位（海水环境）l 多孔固体的表面Zeta电位l 涂料l 乳制品：液滴大小和脂肪含量l 乳液和微乳液l 化妆品：纳米粒子含量 （1）仪器可以测量的超声衰减谱远远超过50％（体积），但用于从该数据计算PSD的理论将浓度限制在50％（体积）；同样，计算ζ电位的理论限定浓度为40％（体积）。在全范围内，等电点的pH值是准确的，但是，ζ电位的绝对值的降低会使体积分数限定在一定范围内。 （2）为滴定实验，可能有必要使用外部循环泵，以提供试剂与相当粘稠的样品之间充分混合。（3）在计算粒度时，因为声波响应与颗粒移动相关，颗粒黏度实际是非常重要。例如，在凝胶或其他结构化系统中，该“微黏度”应该是显著小于用传统流变仪测得的介质黏度，其所测量的黏度比颗粒黏度大得多的。 （4）为zeta电位测量时的粒度范围可能依赖于颗粒与介质的密度对比度。 欲了解更多信息，请联系jeffrey.yang @ quantachrome.com ，或致电800－810－0515 美国康塔仪器北京代表处http://www.quantachrome.com.cn

研究背景制备个人护理应用方面的喷雾产品对于配方师来说是个很大的挑战。产品要求在雾化容易的同时, 最佳尺寸范围的乳化液滴要确保足够数量在目标区域上的沉积，但也需避免形成小液滴(小于100 μM)来减小喷射漂移。后者对使用者来说也是一种潜在的危险(小液滴可能会导致吸入口中)，也可能造成喷射产品的效能降低。为了满足以上的需求 , 喷射乳液的配方必须保证符合以下的标准 :1.最合适的液滴尺寸分布，确保在目标区域上的最大沉积和附着 , 而且无漂移现象 2.在目标区域表面的良好涂布性和肤感。以上两个标准要求表面活性剂在气 / 液界面迅速吸附(降低动力学表面张力)。然而 , 这个表面张力不能低于临界值，从而可以防止乳化液滴尺寸过小而产生漂移 。喷雾液滴的形成原理在喷射过程中, 液体被压经喷嘴, 并在静力学压力下形成液滴 。高于某个静力学压力值, 液体通过喷嘴形成连续喷射, 而后分散成小液滴 。这个连续喷射, 而后分散成小液滴的过程是受到表面压力的结果 。球形的表面积和它的表面自由能(表面积 ×表面张力)小于其他对称体 。因此 , 少量的其它形状的液滴将会形成更小的球形液滴 。动态表面张力与粒径的关系表面活性剂和聚合物对于喷雾液滴尺寸分布的影响 , 在于他们对于表面张力的影响，表面张力一定程度上推动着雾化的产生。因为表面活性剂降低了水的表面张力 , 会形成粒径更小的液滴 。配方中含表面活性剂 , 帮助降低表面张力, 其雾化所需要的能量比不含表面活性剂的产品要少。因此 , 同样的能量输入, 会得到更小尺寸的液滴 。然而, 实际情况并不是这样简单 。在雾化的过程中，会不断形成新液体的表面。这种溶液的表面张力, 依赖于形成新界面的时间与表面活性剂从溶液内部迁移到气/ 液表面的吸附速度和扩散速度。如果形成新界面的时间比表面活性剂扩散和吸附的速度快, 那么喷雾液体的表面张力不会比纯水大很多，会形成大尺寸液滴 。相反, 如果形成新界面的时间比表面活性剂吸附的速度慢 , 那么喷雾液体的表面张力会进一步降低，形成较小的液滴尺寸 。图1显示两个不同表面活性剂体系A和B在不同吸附速度下 , 随时间t而变化的表面张力 γ，也可以叫作动态表面张力。这些曲线可以通过使用KRÜ SS最大气泡压力法来测量。气泡在表面活性剂溶液中以不同的频率形成，控制气泡形成的时间并且测量气泡中所产生的最大压强，可以得到不同时间下的表面张力。在短时间内，观察到表面活性剂体系B比A的体系所带来的表面张力更小 。许多体系的动态表面张力和时间对数的曲线可分为4个阶段：诱导区、表面张力快速下降区、介平衡区和平衡区。在诱导区，由于吸附在界面层上的助剂质量浓度太低，溶液的表面张力较大；随着助剂大量被吸附到溶液表面，表面张力急剧降低，就形成了快速下降区；而随着溶液表面助剂分子的积累，吸附接近饱和时吸附速度变慢，就形成了介平衡区；足够长的时间后当表面吸附达到饱和体系进入动态平衡阶段表面张力达到平衡，此即为平衡表面张力。表面活性剂种类和质量浓度不同，其溶液体系达到上述各阶段所需时间不同，表现为各溶液体系间动态表面活性的差异。从线性相关性关系的角度上来说，时间指标越小，动态表面张力与雾滴指标之间的关系越倾向于线性状态，可以通过测试表面活性剂体系的动态表面张力来优化雾滴尺寸和粒径。传统意义上采用静态表面张力为指标研究雾滴形成的方式并不合理，在有关喷雾的实践工作过程当中，选取动态表面张力作为研究指标有着更为显著的优势。 图2. 动态表面吸附曲线图动态表面张力与粒径关系的示例图3. 不同表面活性剂溶液的动态表面张力曲线 表1. 不同表面活性剂溶液的粒径分布从图3和表1示例曲线可以明显看到，可以通过控制动态表面张力来优化雾滴的粒径，张力在一定时间内下降的越快，雾滴粒径越细腻。为了避免雾滴尺寸过小而产生雾滴的漂移，可以将表面活性剂的张力调控在一定范围。在实际生产中，喷头尺寸、喷雾压力也是改变喷量、雾滴粒径的重要手段之一。本文仅讨论了动态表面张力的改变对喷雾粒径的影响，期望能为配方设计工作者提供合适的思路。本文有删减，详细信息见原文萨瓦特 塔琼斯,玛丽克莱尔 堤尔曼,杜 晶.喷雾型产品的配方原理[J].日用化学品科学, 2004.

血液透析膜内表面的处理，对于血液透析膜的生物适应性至关重要。Zeta电势的测试在提高血液透析膜的生物适应性上起到一定的协助作用，安东帕固体表面电位分析仪SurPASS已经在此领域取得成功应用，并给出了详实的实验证明。 就有一定病史或急性肾功能衰竭患者来说，体外血液透析是维系生命的唯一方式。血液透析可以替代肾脏，起到将血液中的有害物质排出体外的功能。这个过程中，广泛使用的是人造的、排放成捆的中空纤维聚砜超滤膜（PSU）。为了提高透析膜的生物适应性以及避免该膜与血液接触时发生并发症，需要对透析膜的内层表面进行改良处理。安东帕固体表面分析仪SurPASS的高灵敏度在此时显得尤其重要。 医学发展趋势显示PSU透析膜受到青睐。将具有活性的羧基（COOH）移植到聚砜表面上，这是一条能制备具有固定生物活性物质界面的有效途径。将未处理的和经改良处理的透析膜的zeta电势作对比，结果显示对透析膜进行改良处理是有效的。未处理的PSU膜的零电荷电势点（IEP，ζ = 0 mV 处的pH）为pH 5，而移植了羧基的处理膜为pH 3.5。 IEP的改变以及在高pH情况下流动电势的不同，这都说明了将羧基移植到血液透析膜内层表面是非常成功的一种处理方法。由于安东帕固体表面分析仪SurPASS采用全自动测量，集成式滴定单元可以全自动调整 pH 值和添加剂浓度，测量更方便，其结果也更为准确可靠。 在表面分析中，安东帕固体表面分析仪SurPASS 可测试基于流动电势和流动电流得到的宏观固体表面Zeta 电位。Zeta 电位与固体/液体界面的表面电荷有关，能够反映出表面化学（pH 滴定法）和液相吸附过程。SurPASS 有助于了解和改进表面性质，并开发出新的专业材料。 现代的固体表面分析仪 SurPASS高灵敏度能够检测出表面性质的最微小变化可以轻易获得表面电荷和相关性质的信息从小颗粒到大晶片适用于测试各种样品的测量池圆柱形样品池用于粉末 (最小的颗粒尺寸 25 μm) 、颗粒、纤维和纺织用品夹片样品池适用于平板状样品的无损测试可调间隙样品池适用于规则形状如矩形 和圆形的平面小样品和中空纤维样品停机时间短，可节省时间测量池的快速更换测量参数每秒更新一次具有直观可视化多功能特性的全新软件全自动测量自动测量过程几乎无需手动操作集成式滴定单元可以全自动调整 pH 值和特性物质及蛋白质等添加剂的浓度 更多产品信息，请登录：www.anton-paar.com 关于安东帕（中国）奥地利安东帕有限公司（ANTON PAARGMBH）是工业及科研专用高品质测量和分析仪器的全球领导厂商。公司成立于1922年，总部设在奥地利格拉茨，在全球12个国家和地区设有分公司直接提供销售和售后服务，并在其它主要地区设有代理销售、服务机构。作为世界上第一台数字式密度计的发明者，安东帕公司的产品占全球浓度、密度测量仪器仪表行业市场份额的70%。 安东帕公司的密度仪、黏度测量仪、流变仪、旋光仪、折光仪、固体表面Zeta电位分析仪、 SAXSess 小角X光散射仪、闪点与燃点测定仪、微波消解与合成设备等产品作为分析与质量检测工具，已广泛应用于啤酒饮料，石油，化工，商检，质检，药检等诸多领域和研究机构，并且已作为许多国家行业标准及计量校正仪器。我们的用户包括了一级方程式赛车队，炼油厂，和几乎所有的世界知名饮料制造商。