发布时间 : 星期三 文章超声法和激光法测量粒度和Zeta电位的比较更新完毕开始阅读2cd7f5ddcd22bcd126fff705cc17552707225ede
6. 由于光源是激光，样品必须能透光，带色样品将极大影响测试灵敏度。
7. 对非水样品测定困难。非水Zeta电位测定只能采用平行板电极，灵敏度低。
8. 采用背散射方式时，通过在池壁聚焦采样，样品颗粒浓度可达40%，但zeta电位测定必须稀释。以使两束激光不被散射并顺利相干以作为判读粒子在电场中迁移率的基石。 因此，动态光散射纳米粒度和zeta电位分析仪不适用于润滑油中颗粒和电位的分析。
光阻法（1－450微米）：
这是对极少量粒子粒度测定的灵敏方法，是新润滑油中颗粒分布测定的标准方法。
声学方法
用超声衰减谱测量粒度分布 （0.005－1000微米）
超声脉冲可以穿透样品传播.通过测量这个宽频超声脉冲的衰减（声谱），我们可以从中计算出与衰减有函数关系的粒度分布。软件可以计算胶体颗粒超声作用的几种机制，包括散射、耗散和热力学耦合。这些计算需要知道颗粒和液体的密度、液体的粘度、颗粒的重量浓度；对于软性颗粒，如乳液或乳胶，还需要知道颗粒的热膨胀系数。这些都可以从软件已知物数据库中自动获得。对于颗粒的重量浓度也可以从声速数据中求得。通过超声方法测量粒度执行ISO 20998-1标准。
用电声法测量zeta电位
超声引起颗粒相对于液体的运动。这个振动又侵扰了在带电颗粒反向离子扩散界面上移动的双电层。这种离子云的位移制造了一个偶极运动。许多颗粒的偶极运动之和就是可以用电极传感器测量的电场。这个电场依赖于zeta电位值。用相应的理论就可以计算zeta电位。
超声方法比光学方法的优势
与激光粒度的表征方法相比，超声技术的一个最大优点就是超声波能够穿透高浓悬浮液进行传播，因而不用任何稀释即可表征原浓体系。超声法的这个特性对于粒径分布分和zeta电位测量均适用。光学方法所需要的稀释会破坏聚集或絮凝，所以在相应稀释系统中测得的粒径分布无法正确代表原浓样品中的相应粒径分布信息。
避免稀释对于zeta电位的表征特别关键，因为这个参数代表的是粒子与其周围液体的性质，稀释改变了悬浮液介质进而导致zeta电位的改变。
声学对于激光粒度分析技术的特征与优点
特征 不需要稀释 不需要根据已知粒度进行校准 声吸收与声散射的简单去耦 能够消除多重散射，即使体积浓度达到50% 利用原浓液中的粒子相互作用的超声吸收理论 覆盖宽波长范围的数据均可适用 固有的加权基准，粒径测量耗能较少 在几种分散相中分散，进行混合分散粒度分析 在构筑的分散系中的粒径分布 优点 对于污染物敏感度低 更加准确 单一理论 针对大粒径的单一理论 能够处理原浓液中的小粒子 允许使用单一理论，减少粒形影响 更好的适用于多分散系统 实用体系，真实展现微观世界 5纳米至1000微米范围粒径测量采用相同传感器 硬件简单，性价比高
声学理论是非常健全和精确的，其对于污染物的敏感度相对于基于光的传统测量技术来说要小得多，因为粒子在新样品中的高浓缩浓度与前样中任何一种小的残留相比占绝对优势。它是一种相当快速的技术。通常一次单一粒径测量能够在几分钟内完成，另外，这种特性能够测量流动体系，使得声衰减技术对于在线监控粒径方面具有很强吸引力。
因为可以利用的波长更长，超声法比光散射测量仪器有一些显著优点。在水中超声法利用最高频率（代表性频率为100 MHz）时的波长为15微米，在最低频率（1 MHz）时波长甚至可增加到1.5毫米。相反，光散射测量仪器使用代表性的波长一般在0.5微米。如果粒径小于波长，就认为其满足瑞利长波条件。我们更希望粒径位于长波长范围内，而不是位于中等波长或短波长范围内。因为长波长对颗粒的形状因子不敏感，这样可以简化理论解释。因此，在声学仪器中总是采用较长的有效波长，这样不仅可以表征更大的粒径范围，同时还能够符合长波长的要求。
超声波性质比普通激光还有一个更重要的优点，即与波长的依赖性有关。我们已知当波穿透胶体时，由于散射和吸收的联合作用，超声波和激光都会而发生消声或消光现象。因为大多数的光散射试验在一个单一波长的条件下完成，因此不可能通过实验方法区分这两种作用对于总消光量的贡献。事实上，在大多数的光散射试验中光吸收时常被简单的忽略，这不可避免地导致误差。
与声学相比，电声学是一种相对新的技术。原则上该方法可以提供粒径分布和zeta电位表征信息。然而，声学比电声学更适用于粒径测量，电声学则作为表征像zeta电位这样的电界面性质的一种新技术。电声学比传统动电学方法的优点可以概括为： ? 不需要稀释，体积浓度可达50%； ? 对于污染物敏感度低，易于清洁； ? 高精确度(±0.1 mV)； ? 低表面电荷（低于0.1 mV)； ? 电渗流不影响测量 ? 对流不影响测量 ? 比其它方法速度快 ? 电声探头可用于各种滴定试验
第三个超声法与传统胶体表征方
法相竞争的领域是流变学领域，这是超声应用的新领域。我们可以轻而易举的列出超声法与传统流变仪相比的两个优点。首先超声测量法没有破坏性，能帮助我们获得最高频率的流变性质信息而且保持样品的完整性。第二个优点是，除了能表征剪切粘度，还具有表征体积粘度的能力。Stokes在150年前就已经发现了这个原理，体积粘度对体系的结构特征更灵敏，但是它不能用基于剪切力测定技术的旋转流变仪进行测量，超声波衰减是已知的唯一能够表征这个重要流变参数的技术。
总之，我们认为声学和电声学的结合将会增强其各自的功能用途，除此之外，在二者的本质上有一个必然的交叠，即提供一种途径来建立多样化的组合去验证数据的可靠性。
应用举例：乳液中的纳米添加剂（刚性物质）
在防晒霜中乳液与刚性物质混合物是很重要的，这通常是二氧化钛分散于O/W（水中油）乳液中。乳液保证了二氧化钛在表面的扩散，而陶瓷颗粒可以吸收紫外。另一个应用是专用润滑剂。下面的例子中，将采用超声技术测定锰氧化物乳状悬浮液。这种物质对于钻孔用润滑油是重要的。第一步，利用DT-100和DT-600分别表征基于O/W的乳液的粒径分布和粘度。图3.32显示了与纯水对比的乳液衰减曲线。图3.33给出了计算的乳液油相液滴大小。3.34给出了损失模量“M”。很明显乳液显示了非牛顿特征。
表3.3总结了O/W乳液氧化锰分散体系的粒径分布测定结果。
乳液中，80%wt浓度的氧化锰分散其中。图3.35给出了完全分散体系和乳液（背景光谱）的声衰减曲线。图3.36展示了乳液中氧化锰的粒径分布情况。
图3.32 O/W-乳液和水的超声衰减谱
图3.33 O/W-乳液中油相液滴的粒径大小
图3.34 O/W-乳液的损失模量
图3.35氧化锰和O/W-乳液的声衰减对比图
图3.36 氧化锰分散体系的粒径分布
表3.3 O/W-乳液和氧化锰分散体系的粒径分布总结
结论
借助DT-1200新的流变学功能进行附加的流变学研究。利用声衰减谱的粒径分布测定和损失模数分析联合测定能够获得浓分散体系的附加信息。
应用举例： 非胶态高密度粗颗粒体系的胶体性质
胶体被定义为直径小于1μm的粒子或液滴。对于胶体而言，zeta电位是能够预测分散体系稳定性的一个参数。zeta电位是能够预测分散体系稳定性的一个参数。另一方面，该参数也有助于区分
成型技术和分离过程中的非胶态粗颗粒。
测定zeta电位的难点在于高密度粗颗粒的强烈沉淀趋势，这也是只有电声学方法能够适用的原因。与绝对重量相同的亚微米颗粒相比，能够产生测量信号（胶质振动电流，CVI）的粗颗粒数量是很少的，而离子测量信号（离子振动电流，IVI）的影响能够修正计算结果。这种情况尤其适于低浓度分散体系。(<5% wt.)。由此可知zeta电位必须用电声背景方法测定。
在本例中，准备20%wt固体量的氧化铝水相悬浮液，颗粒粒径约40 μm。用HCl和KOH改变pH值以观察pH值的变化对zeta电位的影响作用。达到预定pH值时，使悬浮液开始沉淀。清楚的浮于表面的离子振动电流被检测到并保存作为电声背景。然后对溶液进行搅动和再分散，同时测定zeta电位，同时考虑背景值。
图3.37展示了滴定的结果。氧化铝如期望的那样：酸性条件下显示了正电性，碱性条件下显示负电型。pH值为9.3时达到等电点。
图3.37 电声背景法测量的20wt.-%氧化铝分散体系ZATA电位随pH的变化曲线
结论：如果必要时应用背景方法，DT-1200和DT-300能够测定微米级粗颗粒的zeta电位。
应用举例：用超声法研究乳液性质
Horiba是世界著名的激光粒度仪生产厂家，其技术仅次于Maerven，产品包括激光衍射法粒度分析仪，动态光散射法纳米粒度和zeta电位分析仪，但它进行与润滑油有关的乳液特性研究时，选择了DT-1200超声粒度分析仪。