单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电位的测量及相关知识,生物纳米与分子工程湖南省重点实验室,杨雪,一、Zeta电位理论,电位理论,Zetasizer,Nano,的操作,电位测量,1、电位理论,什么是Zeta电位?,Zetasizer Nano系列通过测量电泳迁移率并运用Henry方程计算Zeta电位。通过使用激光多普勒测速法（LDV）对样品进行电泳迁移率实验，得到带电粒子电泳迁移率。,Zeta电位和双电层,粒子表面存在的净电荷，影响粒子界面周围区域的离子分布，导致接近表面抗衡离子（与粒子电荷相反的离子）浓度增加。于是，每个粒子周围均存在,双电层,。,围绕粒子的液体层存在两部分,1,、内层区,Stern,层,2,、外层分散区,内层区,Stern,层,其中离子与粒子紧紧地结合在一起,外层分散区,其中离子不那么紧密的与粒子相吸附,在分散层内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时（如由于重力），在此边界内的离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。这个边界称为,流体力学剪切层或滑动面（,slipping plane,）,在这个边界上存在的电位即称为,Zeta,电位,测量影响因素判断,Zeta,电位的大小表示胶体系统的稳定性趋势。,胶体系统是：当物质三相（气体、液体和固体）之一，良好地分散在另一相而形成的体系。,对这种技术，我们对两种状态感兴趣：固体分散在液体中和液体分散在液体中即乳剂。,Zeta,电位大于,+30mV,正电或小于,-30mV,负电的粒子，通常认为是稳定的。,-,如果悬浮液中所有粒子具有较大的正的或负的,Zeta,电位，那么他们将倾向于互相排斥，没有絮凝的倾向。,-,如果粒子的,Zeta,电位值较低，则没有力量阻止粒子接近并絮凝。,Negative,zeta potential,Positive,zeta potential,+30,mV,-30,mV,0,mV,STABLE,STABLE,NOT STABLE,影响,Zeta,电位的最重要因素是,pH,-,想象悬浮液中的一个粒子，具有负,Zeta,电位。如果在这个悬浮液中加入更强碱，那么粒子将倾向于得到更多负电荷。,-,如果在这个悬浮液中加入酸，将达到某一点，负电荷被中和。进一步加入酸，则导致在表面产生正电荷。,-,因此，,Zeta,电位对照,pH,的曲线，在低,pH,时是正电的，而在高,pH,时较低正电或是负电的。,等电点,胶体的最不稳定点,2、,Zetasizer Nano的操作电位测量,1、激光器,2、样品池,3、检测器,4、数字信号处理器,5、计算机,6、衰减器,7、光学补偿装置,Zeta电位测量样品池,弯曲式毛,细管样品池,通用插入式,样品池,样品池类型,弯曲毛细管样品池,可抛弃型聚苯乙烯,玻璃-圆孔样品池,玻璃方孔样品池,通用型插入式样品池,17,。,角度的散射光与参考光结合，产生光强的波动信息，其中波动速度与粒子的速度成正比,二、电位测量,样品的制备,相关测量结果解释,1、样品的制备,样品的最高浓度和最低浓度依赖于以下因素：,1,、粒子的光学性质,2,、粒子粒径,3,、粒子的分散度,在,Zeta,电位测量过程中，首先测量参考光的强度，并且显示在,Log sheet,中。随后检测散射光强度，并由衰减器调节散射光的强度至参考光源的,1/10,。,如果参考光源的光强是,2600kcps,衰减器将会调节散射光强不高于,260kcps,。,在,Zeta,电位测试过程中的最小光强为,20kcps,，低于此光强测试将中止。,Zeta电位测试过程中的最低浓度,在Zeta电位测试过程中所需的最小光强为20kcps。,因此最低浓度取决于相对折光指数差（粒子和溶剂间的折光指数差值）和粒子尺寸。,最低浓度,粒子的尺寸越大所产生的散射光越强，所需的浓度也就越低,例如：氧化钛粒子的水性悬浮液。氧化钛的折光指数为,2.5,，与水的折光指数差较大，因此有较强的散射能力。因此对于,300nm,的氧化钛粒子，最小浓度可以为,10-6w/v%,对于折光指数差很小的样品，比如蛋白质溶液，最低浓度会高很多。,通常最低浓度需要在,0.11w/v%,之间才能有足够的散射光强进行,Zeta,电位测量。,Zeta电位测试过程中的最高浓度,Zeta电位测量过程中的散射光在向前的角度收集，因此激光应该能够穿过样品。,如果样品的浓度过高，则激光将会由于样品的散射衰减很多，相应的降低检测到的散射光光强。为了补偿此影响，衰减器会让更过的激光通过。,样品的浓度范围必须由测定不同浓度下的Zeta电位的试验决定，由此来得到浓度对Zeta电位的影响。,稀释往往是比较重要的,2、Zeta电位测量,标准报告,1）样品,2）系统,3）结果,4）图,1）样品,样品一节给出样品参数的详细情况。,这包括样品名称、记录号、测量日期和时间、分散剂名称、所用的SOP和测量文件名称。,所显示信息通常是用户输入SOP测量对话框的内容。,2）系统,Count rate（光强）,-测量的平均光强。,F（ka）值,-显示测量过程中所用的Henry函数或“近似方法”。值为1.5，表示使用Smoluchowski近似；而值为1，表明使用Huckel近似,。,3）结果,Zeta potential（Zeta电位）,-显示测量的完成时的Zeta电位结果，以mV表示。,Zeta deviation （标准差）,-标准差显示平均结果的Zeta电位分布标准差，以mV表示。,Conductivity（电导率）,-样品传导电流的能力。较高盐浓度通常允许较大电流通过，所以具有较高电导率。电导率可能呈温度依赖性。,Peak means（峰平均值）,-显示结果中最多三个峰的平均Zeta电位,4）图,结果也以图形方式显示,三、应用举例,1、举例,2、测量电位的重要性,疫苗颗粒的Zeta电位,不同疫苗配方的长期稳定性可通过,Zeta,电位来预测,Zeta电位的应用：基因治疗,基因治疗是用带菌载体将基因材料释放给患者到达治疗的目的,-,带菌载体是传输工具：通常是病毒或脂质体,-,用来携带基因材料到达体内的目标细胞,-,现时正在研究用阳离子与阴离子脂质体作为基因治疗的带菌载体,阳离子脂质体与变形体式的,DNA,形成复合体,-,最佳转染与脂质体与,DNA,的比有关,-Zeta,电位测量可被用于寻找特定脂质体与不同,DNA,变形体的最佳比例,基因治疗中的阳离子脂质体,变形体,基因治疗中的阳离子脂质体,经吸附的脂质体：位阻稳定,Zeta,电位小结：,Zeta,电位的大小可以用来预测体系的稳定性；,如果电荷稳定是胶体体系稳定的主要机理，一般来说，,Zeta,电位愈大，体系愈稳定；,假如稳定性的是由于位阻效应，则Zeta电位愈小，体系愈稳定。,制陶业：对于浆料颗粒要求较高的Zeta电位，保证陶瓷粒子紧密堆积。,废水处理：废水的絮凝状态与pH，加入的化学絮凝剂，氯化铝或其它高电荷盐类相关。Zeta电位测量与这些参数结合是十分重要的。,乳液：Zeta电位的研究决定了乳状液在其所应用环境中是否维持稳定。,测量电位的重要意义,三、,Zetasizer Nano,的应用,：,Zetasizer,Nano,的,功能,Thank You!,