ICS11.080.99 A30 中华人民共和国国家标准 GB/T32668—2016 胶体颗粒zeta电位分析 电泳法通则 Analysisofzetapotentialofcolloids—Electrophoresisguidelines 2016-04-25发布 2016-11-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 引言 Ⅱ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义、符号 1 ………………………………………………………………………………………… 4 原理 3 ……………………………………………………………………………………………………… 5 zeta电位 6 ………………………………………………………………………………………………… 6 zeta电位的测定 8 ………………………………………………………………………………………… 7 不确定度来源 8 …………………………………………………………………………………………… 8 检测报告 9 ………………………………………………………………………………………………… 附录A(资料性附录) 斯莫路科夫斯基理论的应用条件 11 ……………………………………………… 附录B(资料性附录) 德拜长度 12 ………………………………………………………………………… 附录C(资料性附录) zeta电位测量示例 电泳光散射法 14 …………………………………………… 附录D(资料性附录) zeta电位测量示例 显微电泳法 16 ……………………………………………… 附录E(资料性附录) 检测报告 18 ………………………………………………………………………… 参考文献 19 ……………………………………………………………………………………………………GB/T32668—2016 前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。 本标准主要起草单位:国家纳米科学中心、华东师范大学。 本标准主要起草人:刘忍肖、马士禹、葛广路、陈邦林、江潮、张云艳、高洁。 ⅠGB/T32668—2016 引 言 胶体体系的许多重要性质都直接或间接由胶体颗粒的电荷(或电位)来决定。胶体体系中的离子或 偶极分子的吸附会影响胶体颗粒电荷(或电位)的分布,而同时电荷(或电位)的分布也会影响离子或偶 极分子的吸附。电荷(或电位)分布决定了胶体颗粒之间的相互作用能,并且在许多情况下,会影响胶体 体系的聚集稳定性和流动行为。因此胶体体系的特性通常通过测量电动性质进行分析和解释。 对于悬浮在液体介质中的带电颗粒,除表面化学组成外,表面电荷和表面形貌(尤其是前者)是两个 最重要的表面特性。反映胶体体系表面电荷性质的参数即zeta电位,zeta电位绝对值的大小是胶体体 系稳定性的直接反映,是在胶体体系的制备、破坏和应用过程中的一个关键因素。通过测量或调控zeta 电位可以监测和调控胶体体系的行为,因此zeta电位在科学研究、工业生产领域等有着广泛的应用。 例如在涂料行业,颜料颗粒的聚集会影响上色质量,降低喷涂的光泽度和质感,可通过监控和调节涂料 的zeta电位使涂料中的颗粒良好分散而成功进行喷涂;在造纸行业,检测纤维和填料表面的zeta电位, 可以有效辅助化学品助剂的添加;此外,zeta电位在吸附、生物医药、酿造、陶瓷、制药、矿物处理和水处 理等行业领域也都是极其重要的参数。 zeta电位的测量方法主要有电泳法、电渗法、流动电位法和电声法(超声波法),其中以电泳法应用 最为普遍。本标准针对利用电泳法测量胶体体系zeta电位的通用守则进行了规定。 ⅡGB/T32668—2016 胶体颗粒zeta电位分析 电泳法通则 1 范围 本标准规定了用电泳法对胶体颗粒zeta电位进行测定时的通用规则。 本标准适用于以水为分散介质、表面光滑的理想硬球胶体颗粒的zeta电位分析,非理想硬球胶体 颗粒和软球胶体颗粒的zeta电位分析也可参照执行。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T20099—2006 样品制备 粉末在液体中的分散方法 ISO13099-1:2012 胶体体系 zeta电位测量方法 第1部分:电声和电动现象(Colloidalsys- tems—Methodsforzeta-potentialdetermination—Part1:Electroacousticandelectrokineticphenome- na) ISO13099-2:2012 胶体体系 zeta电位测量方法 第2部分:光学方法(Colloidalsystems— Methodsforzeta-potentialdeterminatin—Part2:Opticalmethods) 3 术语和定义、符号 3.1 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1.1 表面电荷密度 electricsurfacechargedensity σ 由于液体体相离子的特异性吸附或表面基团的解离而在单位面积界面上所产生的电荷量。 注:单位为库仑每平方米(C/m2)。 3.1.2 表面电位 electricsurfacepotential Ψ0 粒子表面到均匀液相内部的电位差。 注:引自ISO13099-2:2012,定义3.1.3。 3.1.3 滑移面 slippingplane;shearplane 颗粒在电场中发生泳动时,在剪切应力的作用下,固-液界面附近的液体相对于表面发生滑移的抽 象面。 注:引自ISO13099-2:2012,定义3.1.9。 1GB/T32668—2016 3.1.4 电泳 electrophoresis 浸于液体中的带电胶体颗粒或聚电解质在外加电场作用下的运动。 注:引自ISO13099-2:2012,定义3.1.3。 3.1.5 电泳速度 electrophoreticvelocity 在电泳过程中胶体颗粒或聚电解质的运动速度。 注:引自ISO13099-2:2012,定义3.1.8。 3.1.6 电泳迁移率 electrophoreticmobility 电泳淌度 μ 单位电场强度下带电胶体颗粒或聚电解质的泳动速度。 注1:如粒子向低电位(负极)泳动,则电泳淌度值为正,反之为负。 注2:单位为平方米每伏秒[m2/(V·s)]{通常用微米厘米每伏秒[μm·cm/(V·s)]表示}。 3.1.7 电泳法 electrophoresis 基于在液体介质中,测定带电胶体颗粒或聚电解质在直流电场作用下的电泳迁移率的一种方法。 3.1.8 德拜长度 Debyelength κ-1 在电解质溶液中双电层的特征长度。 注:单位为纳米(nm)。 3.1.9 zeta电位 zetapotential 电动电位 electrokineticpotential ζ 悬浮在液体介质中的胶体颗粒双电层的滑动面与溶液体相之间的电位差。 注1:单位为伏特(V)[通常用毫伏(mV)表示]。 注2:引自ISO13099-2:2012,定义3.1.4。 3.1.10 等电点 isoelectricpoint 与胶体体系中分散颗粒的zeta电位值为零相对应的液体介质的pH值。 3.1.11 理想硬球胶体颗粒 idealhardcolloidalparticle 表面光滑(直至分子尺度)、化学性质均匀、且在剪切力下无形变的胶体颗粒。 3.1.12 非理想硬球胶体颗粒 unidealhardcolloidalparticle 虽然是非理想表面,但仍可以看作是刚性表面的胶体颗粒。 注:测定zeta电位时主要关注尺寸、形状、表面粗糙度和表面异质的影响。 3.1.13 软球胶体颗粒 softcolloidalparticle 在剪切力下有形变的胶体颗粒。 注:在两种情况下颗粒不能当作硬球处理:第一种是表面附有毛发状吸附层、接枝或吸附层的硬球和可(部分)穿透 2GB/T32668—2016 的颗粒。第二种是水-油或水-气界面,液滴和气泡构成了一类特定的“软”颗粒。 3.2 符号 下列符号适用于本文件。 E 电场强度 a胶体颗粒半径 n介质的折射率 θ入射光和散射光之间的夹角 μ电泳迁移率 ζzeta电位 σ表面电荷密度 η介质的动力黏度 ε介质的介电常数 ζ散射光和电场方向之间的夹角 Δω多普勒频移 Ψ0表面电位 λ0激光在真空中的波长 κ-1德拜长度 f(κa)随κa变化的单调函数,f(κa)κa→0=1,f(κa)κa→∞=3/2。 4 原理 4.1 基本原理 设胶体颗粒带电荷q,在电场强度为E的电场中(若两电极间的距离为L、电位差为ΔV,则E= ΔV/L,即单位距离上的电位差),作用在胶体颗粒上的静电力f见式(1): f=qE …………………………(1) 若球形胶体颗粒的半径为a,η为液体介质的动力黏度,电泳速度为v,根据Stokes定律,其运动阻 力f'