通过Zeta电位分析确定等电点

使用 SZ-100 自动滴定仪测量等电点

Zeta 电位是粒子在剪切平面上的电荷。该表面电荷值对于理解和预测悬浮粒子之间的相互作用非常有用。大的幅度（正或负），即超过约 25 mV，zeta 电位通常被认为是粒子悬浮液被静电稳定的指标。Zeta 电位可以使用图 1 中所示的 HORIBA SZ-100V2纳米粒度仪进行测量。

SZ-100 纳米粒子分析仪

Zeta 电位与颗粒表面以及悬浮介质的化学性能相关 (1)。粒子表面和控制表面电位的离子与液体中离子浓度和性质相关。此外，离子浓度影响电荷效应持续的距离。例如，大量溶解的盐会屏蔽颗粒之间的静电相互作用。随着这些离子浓度的增加，一些被称为特定离子的离子会更喜欢粘附在颗粒表面。特定离子的实例包括H⁺和多价离子。在这项工作中，H⁺研究了粒子表面电荷的浓度。在 (2) 和 (3) 中可以找到各种离子浓度影响的其他示例。

通常，出于充分的理由，H⁺浓度是根据 pH 值来讨论的。pH 值对许多类型的颗粒的表面电荷有很强的影响。此外，pH 值是一个经常且容易改变的参数。由于这些原因，经常研究 pH 值对颗粒表面电荷的影响。表征表面的一个参数是等电点 IEP 或零电荷点 PZC，它指的是粒子表面电荷为零的条件，通常与pH条件有关。pH 值低于 IEP 时，颗粒表面电荷为正；pH 值高于 IEP 时，颗粒表面电荷为负。稳定悬浮液的一项经验法则是确保 pH 值与 IEP 相差一个完整的 pH 单位。

IEP 的值是通过测量与 pH 值相关的 zeta 电位并确定 zeta 电位值过零时的 pH 值而获得的。在大多数情况下，这是通过插入实验数据来实现的。IEP 的教科书值通常对实际工作没有用处，因为 IEP 的值可能会随着甚至少量杂质进入样品表面而发生显着变化。IEP 测量结果也会受到不完全颗粒表面润湿或表面活性剂选择的影响。例如，将 TSPP 添加到金属氧化物悬浮液中会导致 IEP 转变为极低的 pH 值或完全消失。由于这些原因，通常会测量 IEP 值，这是一个可以自动化的过程。

等电点测量的自动化是通过 HORIBA SZ-100 的自动滴定仪附件实现的，如图 2 所示。自动滴定仪可自动添加酸或碱以调节样品的 pH 值，记录 pH 值，并将样品加载到石墨电极池中在 SZ-100 中。然后确定 Zeta 电位，并为系列中的下一个 pH 值自动重复该循环。

SZ-100 的自动滴定仪附件 (LY-711)

材料和方法

人工咖啡奶精在去离子水中稀释至略微混浊。样品 pH 值自动降低至 pH 2，然后使用 HORIBA 自动滴定仪逐步升高。Zeta 电位是在 HORIBA SZ-100Z 纳米粒子分析仪中使用可重复使用的石墨电极电池测量的。使用 HORIBA 9621C 温度补偿 pH 电极测量样品 pH 值。

在本研究中，分别使用 100 mM 硝酸和 100 mM 氢氧化钠作为酸和碱试剂。自动滴定仪试剂容器包括用于对进入的空气进行分子筛处理的装置，用于替换去除的滴定剂。5 mL 滴定管精确输送试剂，无气泡，无需脱气。可手动输送的最小试剂剂量为 0.0005 mL。自动滴定是通过向导类型界面在软件中设置的，如下图 3 所示。本研究未使用手动模式。

SZ-100 自动滴定仪的设置向导

使用 HORIBA 标准溶液组 101-S 填充和校准 pH 探针。清洁后，将其固定在带有集成环架的样品烧杯上。集成搅拌板将样品混合，因为试剂会自动输送。当达到目标 pH 值时，蠕动泵冲洗 zeta 电位池并输送样品进行测量。zeta 电位一式三份测量，测量期间监测 pH 值的漂移。然后，对系列中的下一个 pH 值重复该循环。

结果与讨论

作为 pH 函数的咖啡粉悬浮液的 zeta 电位显示在下面的图 3 中。从 pH 2 到 pH 3，咖啡奶精乳液的 zeta 电位值增加。这可能是由于在低 pH 值下乳液结构的特定变化。从 pH 3 到 pH 11，曲线的形状是经典的反向 S 形。在低 pH 值下，由于 H ⁺离子浓度大，粒子带正电荷。在高 pH 值下，由于大的 OH ^-粒子电荷为负离子浓度。获得的等电点的等电点值是在 pH 5 时，zeta 电位从正到负交叉。最后，在 pH 11 和 pH 13 之间，zeta 电位的幅度下降。这要么是由于另一个结构转变乳液或由于悬浮液中离子数量增加的屏蔽作用。该图的要点是该系统的等电点为 pH 5。

使用 SZ-100 和 Autotitrator 自动滴定结果的屏幕截图