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本款產品利用兩種指示離子作為“ 探針”。根據兩種指示離子在微納米顆粒表面軌道雜化效應的差異,導致指示離子與顆粒表面相互作用能的差異,然后通過離子傳感器探測出這種差異,再通過一系列數學運算實現五個參數的聯合分析。
儀器的測定原理決定了該款儀器能夠測定顆粒表面位置的電位。因為表面電位的測定原理是基于兩種指示離子直接與表面原子間的結合能差異而獲得,所以儀器“感知”的電位必定是表面電位。
Zeta電位的測定原理決定了zeta電位不可能是表面電位。因為zeta電位的測定原理是基于外加電場作用下帶電顆粒在水介質中運動速度測定,然后將這個速度值帶入到Smoluchowski方程中計算得到zeta電位。由于水介質中帶電顆粒運動時,實際上是“顆粒+顆粒周圍大約5個水分子厚的水膜”一起在運動,因此按Smoluchowski方程計算得到的電位值實際是 “顆粒周圍水膜”與“介質水”交界面上的電位而非“顆粒”表面上的電位。 “顆粒周圍水膜”與“介質水”交界面稱“剪切面”或“滑動面”,所以zeta電位也稱為剪切面或滑動面上的電位。按照雙電層理論,電位隨離開顆粒表面距離的增加而急劇衰減,導致“剪切面”上的電位一般只有表面電位的1/2到1/5。
實驗結果可以證明,采用本法測定得到的表面電位的確是zeta電位法測得的zeta電位的2-5倍,具體倍數取決于溶液電解質構成和顆粒與水分子的結合強度。
一切帶電顆粒間的靜電相互作用能的定量計算就必須首先知道顆粒的表面電位。
帶電顆粒間的靜電相互作用涉及十分廣泛的科學與技術領域,從“酶催化反應中蛋白質間靜電相互作用支配下的生物學過程”到“自然土壤中土粒間靜電相互作用支配下的水土流失過程”等等,靜電效應無處不在。因此,獲得帶電顆粒表面電位是開展有關定量研究的前提。
由于zeta電位只具有定性的意義,所以人們無法利用zeta電位開展有關定量研究道理非常明顯,人們不是不需要表面電位,而是因為長期以來無法獲得表面電位,使得相關定量研究一直無法開展。可以預言,隨著表面電位測定技術的出現,一切帶電顆粒(如蛋白質、細胞膜或脂質雙分子囊泡、各種高分子材料、各種人工和天然納米顆粒等等)間的靜電相互作用定量研究將成為可能,而這種靜電相互作用幾乎是所有帶電納微米材料(生物質和非生物質)的結構、性質和功能形成的基礎。表面電位測定技術的出現必將對多個學科領域的科學研究和技術進步帶來重要的推動作用,因而具有十分廣泛的應用前景。所以,從科技發展的未來需求看,僅僅有zeta電位是遠遠不夠的。
只要獲得了表面電位,顆粒表面附近任意位置的電位都可以計算出來,更不用說“剪面”那個位置的電位(zeta電位)了。
五個參數中,非膨脹性物質的比表面積可用氣體吸附法BET測定儀,本法與BET結果理論上應該接近;對于膨脹性物質,如蒙脫石礦物,根據其晶體結構可理論計算其比表面積,實驗測定與理論計算進行比較,該類物質不能用BET法進行比較,因為BET無法測定內表面積,BET結果會大大偏低。還有儀器自身也有驗證方法,即理論計算的電荷數量與實驗測定的陽離子吸附量進行比較,如果兩者近似相等,則可判斷測定結果的可靠性。
本儀器所采用的方法已經在多個學科領域有十多年的成功應用了(即所得參數能夠解釋那些研究中的實驗現象),而“成功應用”本身是其可靠性的重要檢驗途徑。比如,BET法測定結果的可靠性又是拿什么方法檢驗的呢,不就是通過其“成功應用”來檢驗的嗎?
表面電化學性質參數對表面吸附、界面反應、材料表面改性等研究有著重要作用,為醫學領域制備生物材料、藥物分析吸附研究,環境領域環境污染控制與治理,能源領域制備高效催化劑,材料科學研究材料性質和改性、開發新型材料等帶來巨大促進作用。比如催化材料的催化性能,生物材料的生物活性,礦物/有機質的吸附性能,土壤團聚體的形成穩定、土壤流失與農田面源污染等等都與這些參數有關。
用非膨脹性物質測得表面電荷和比表面積進行比較,例如催化材料氧化鈦,在氣相條件測定結果與液相條件下測定結果近似相等,因此可作為參比物質進行驗證;
如果在一定誤差范圍內,sδ0≈NNa++2NCa2+近似成立;
在給定pH下,在不同Na+/Ca2+濃度組合下進行測定,看不同Na+/Ca2+濃度組合下所得比表面積、表面電荷密度和電荷總量是否一致。
涉及化學、材料科學、膠體與界面科學、納米科技、生命科學、土壤學、生態學、環境科學與工程和化學工程等多個學科領域,并可應用于造紙、水泥、 陶瓷、化學機械研磨、 煤漿、涂料、 化妝品、浮選法礦物富集、食品工業、 乳膠、微乳、 混合分散體系、油漆、成像材料等諸多行業。
技術的原創性,首次實現了各種納微米材料表面電荷密度和電場強度測定。
應用的廣泛性,可用于大多數納/微米級樣品表面測定;可以測定單一或者復雜多組分的樣品系統;可測定不同條件下(pH,電解質類型,濃度及溫度)的樣品,測定的是液相條件下的樣品。
操作的方便性,半自動/全自動雙模式選擇,降低人工誤差;人性化軟件界面,操作簡易,指示明確;自動化數據處理,存儲及報告生成。
不同電性材料、不同體系和不同測定條件下的納/微尺度表面性質測定。包括無機材料、 有機材料和生物材料,如蒙脫石、高嶺石,氧化鈦等無機礦物,腐殖質、微塑料、蛋白質等有機材料和生物材料,像組成更復雜的有機無機復合體,如各種土壤樣品。