前2期我們集中討論了Zeta電位的2個基本問題：1）如何判定納米顆粒表面電荷的正負；2）如何提高膠體納米顆粒的穩定性。本期，我們將討論一下Zeta電位的檢測原理、樣品制備以及數據分析。
一、檢測原理
一般情況下，Zeta電位儀直接測定的是電泳遷移率，并轉化為Zeta電位，Zeta電位是通過理論推導出來的。
當電場施加于電解質時，懸浮在電解質中的帶電粒子被吸引向相反電荷的電極，作用于粒子的粘性力傾向于對抗這種運動。當這兩種對抗力達到平衡時，粒子以恒定的速度運動，我們一般稱這個速度通為電泳遷移率。
圖1. 遷移率測試原理簡化示意圖
已知這個速度時，通過應用Henry方程，我們可以得到粒子的Zeta電位。
? ζ : Zeta電位.
? UE : 電泳遷移率
? ε: 介電常數
? η : 粘度
?（Ka） : Henry函數（1.5或1.0）
通常在水性介質和中等電解質濃度下進行Zeta電位的電泳測定法，在這種情況下f（Ka）是1.5，即Smoluchowski近似。因此，對適合Smoluchowski模型的系統，即大于0.2微米的粒子分散在含大于10-3摩爾鹽的電解質溶液中，可由此中算法直接從遷移率計算Zeta電位。Smoluchowski近似用于彎曲式毛細管樣品池和通用插入式樣品池的水相樣品。對非水相的較低介電常數介質中的小粒子，通常采用Huckel近似，f（Ka）為1.0。
圖2. 極性與非極性介質中不同Henry函數的選擇
二、樣品制備
Zeta電位樣品制備有2個關鍵問題：
1）合適的濃度；
2）保證檢測體系和實際體系的一致性，包括：pH、系統的總離子濃度、存在的任何表面活性劑或聚合物的濃度。
1. 最低濃度
在Zeta電位測試過程中所需的最小光強為20 kcps。因此最低濃度取決于相對折光指數差（粒子和溶劑間的折光指數差值）和粒子尺寸。
粒子的尺寸越大所產生的散射光越強，所需的濃度也就越低。對于折光指數差較大的樣品，譬如TiO2粒子的水性懸浮液，TiO2的折光指數為2.5，與水的折光指數差較大，有較強的散射能力。因此對于300 nm的TiO2粒子，最小濃度可以為10-6 w/v %。對于折光指數差很小的樣品，比如蛋白質溶液，最低濃度會高很多。通常最低濃度需要在0.1-1 w/v %之間才能有足夠的散射光強進行Zeta電位測量。最終，對于特定樣品進行一個成功的Zeta電位測量的最低濃度，應該由試驗實際測量得到。
2. 最高濃度
Zeta電位測量過程中的散射光在向前的角度收集，因此激光應該保證能夠穿過樣品。如果樣品的濃度過高，則激光將會由于樣品的散射衰減很多，相應的降低檢測到的散射光光強。為了補償此影響，衰減器會讓更過的激光通過。最終，樣品的濃度范圍必須由測定不同濃度下的Zeta電位的試驗決定，由此來得到濃度對Zeta電位的影響。
3. 稀釋介質
大多數樣品的分散相，可以歸于以下兩類：
1）介電常數大于20的分散劑被定義為極性分散劑，如乙醇和水。
2）介電常數小于20的分散劑被定義為非極性或低極性分散劑，如碳氫化合物類、高級醇類。
多數樣品要求稀釋，稀釋介質對于檢測結果的可靠性是非常重要的。Zeta電位依賴于分散相的組成，因為它決定了粒子表面的特性。所給出的測量結果，如沒有提及所分散的介質，則是沒有太大意義的。
4. 如何保證稀釋后樣品表面狀態不變？
制備樣品最關鍵的地方，是在稀釋過程中，保留納米顆粒表面的真實狀態。最好的辦法就是即通過過濾或離心原始樣品，得到清澈的分散劑，使用這種分散劑稀釋原有濃度樣品。以這種方式，100%完美地維持了表面與液體之間的平衡。如果過濾和離心比較麻煩，可以讓樣品自然沉淀，使用上清液中留下的小粒子來檢測，也是比較好的方法。因為使用Smoluchowski理論近似時，Zeta電位與粒徑依參數無關，所以檢測上清液的小顆粒就可以表觀顯示整體顆粒表面電位情況。
5. 如何檢測非極性體系中的Zeta電位？
在絕緣介質如正己烷等有機溶劑中，測量樣品比較麻煩，需要在不使用高電壓時，生成較高電場強度。它要求使用專門的樣品池，universal dip cell（通用插入式樣品池），因為此樣品池具有較好的化學兼容性以及電極間的狹窄空間。
由于在非極性分散劑中，通常很少有離子以抑制Zeta電位，所測量的實際值一般是非常高的，如200或250 mV。 在這樣的非極性系統中，稀釋后樣品的平衡呈時間依賴性，有時候需要平衡24小時以上。
總之，為了確保數據的可用性，一定要盡量保證檢測體系和實際應用體系的統一性。并通過測試不同條件下Zeta電位的變化，直到Zeta電位不明顯受參數變化的影響時，這個參數所在區間為可用。
為了保證數據可靠性，每個樣品需要重復檢測三次，取平均值！
三、數據分析
我們得到的數據一般只有一個數值，那么，如何知道這個檢測結果是可靠，有效，高質量的呢？我們至少可以從三個方面進行考察。
1.相位圖
圖3. 數據較好的相位圖
圖4. 數據較差的相位圖（可能原因：光強太強或者太弱，測試時間太短）
2. 頻率圖
圖5. 數據較好的頻率圖
圖6. 數據較差的頻率圖
3.電流電壓圖
圖7. 數據較好的電流電壓圖
圖8. 數據較差的電流電壓圖
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