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本款产品利用两种指示离子作为“ 探针”。根据两种指示离子在微纳米颗粒表面轨道杂化效应的差异,导致指示离子与颗粒表面相互作用能的差异,然后通过离子传感器探测出这种差异,再通过一系列数学运算实现五个参数的联合分析。
仪器的测定原理决定了该款仪器能够测定颗粒表面位置的电位。因为表面电位的测定原理是基于两种指示离子直接与表面原子间的结合能差异而获得,所以仪器“感知”的电位必定是表面电位。
Zeta电位的测定原理决定了zeta电位不可能是表面电位。因为zeta电位的测定原理是基于外加电场作用下带电颗粒在水介质中运动速度测定,然后将这个速度值带入到Smoluchowski方程中计算得到zeta电位。由于水介质中带电颗粒运动时,实际上是“颗粒+颗粒周围大约5个水分子厚的水膜”一起在运动,因此按Smoluchowski方程计算得到的电位值实际是 “颗粒周围水膜”与“介质水”交界面上的电位而非“颗粒”表面上的电位。 “颗粒周围水膜”与“介质水”交界面称“剪切面”或“滑动面”,所以zeta电位也称为剪切面或滑动面上的电位。按照双电层理论,电位随离开颗粒表面距离的增加而急剧衰减,导致“剪切面”上的电位一般只有表面电位的1/2到1/5。
实验结果可以证明,采用本法测定得到的表面电位的确是zeta电位法测得的zeta电位的2-5倍,具体倍数取决于溶液电解质构成和颗粒与水分子的结合强度。
一切带电颗粒间的静电相互作用能的定量计算就必须首先知道颗粒的表面电位。
带电颗粒间的静电相互作用涉及十分广泛的科学与技术领域,从“酶催化反应中蛋白质间静电相互作用支配下的生物学过程”到“自然土壤中土粒间静电相互作用支配下的水土流失过程”等等,静电效应无处不在。因此,获得带电颗粒表面电位是开展有关定量研究的前提。
由于zeta电位只具有定性的意义,所以人们无法利用zeta电位开展有关定量研究道理非常明显,人们不是不需要表面电位,而是因为长期以来无法获得表面电位,使得相关定量研究一直无法开展。可以预言,随着表面电位测定技术的出现,一切带电颗粒(如蛋白质、细胞膜或脂质双分子囊泡、各种高分子材料、各种人工和天然纳米颗粒等等)间的静电相互作用定量研究将成为可能,而这种静电相互作用几乎是所有带电纳微米材料(生物质和非生物质)的结构、性质和功能形成的基础。表面电位测定技术的出现必将对多个学科领域的科学研究和技术进步带来重要的推动作用,因而具有十分广泛的应用前景。所以,从科技发展的未来需求看,仅仅有zeta电位是远远不够的。
只要获得了表面电位,颗粒表面附近任意位置的电位都可以计算出来,更不用说“剪面”那个位置的电位(zeta电位)了。
五个参数中,非膨胀性物质的比表面积可用气体吸附法BET测定仪,本法与BET结果理论上应该接近;对于膨胀性物质,如蒙脱石矿物,根据其晶体结构可理论计算其比表面积,实验测定与理论计算进行比较,该类物质不能用BET法进行比较,因为BET无法测定内表面积,BET结果会大大偏低。还有仪器自身也有验证方法,即理论计算的电荷数量与实验测定的阳离子吸附量进行比较,如果两者近似相等,则可判断测定结果的可靠性。
本仪器所采用的方法已经在多个学科领域有十多年的成功应用了(即所得参数能够解释那些研究中的实验现象),而“成功应用”本身是其可靠性的重要检验途径。比如,BET法测定结果的可靠性又是拿什么方法检验的呢,不就是通过其“成功应用”来检验的吗?
表面电化学性质参数对表面吸附、界面反应、材料表面改性等研究有着重要作用,为医学领域制备生物材料、药物分析吸附研究,环境领域环境污染控制与治理,能源领域制备高效催化剂,材料科学研究材料性质和改性、开发新型材料等带来巨大促进作用。比如催化材料的催化性能,生物材料的生物活性,矿物/有机质的吸附性能,土壤团聚体的形成稳定、土壤流失与农田面源污染等等都与这些参数有关。
用非膨胀性物质测得表面电荷和比表面积进行比较,例如催化材料氧化钛,在气相条件测定结果与液相条件下测定结果近似相等,因此可作为参比物质进行验证;
如果在一定误差范围内,sδ0≈NNa++2NCa2+近似成立;
在给定pH下,在不同Na+/Ca2+浓度组合下进行测定,看不同Na+/Ca2+浓度组合下所得比表面积、表面电荷密度和电荷总量是否一致。
涉及化学、材料科学、胶体与界面科学、纳米科技、生命科学、土壤学、生态学、环境科学与工程和化学工程等多个学科领域,并可应用于造纸、水泥、 陶瓷、化学机械研磨、 煤浆、涂料、 化妆品、浮选法矿物富集、食品工业、 乳胶、微乳、 混合分散体系、油漆、成像材料等诸多行业。
技术的原创性,首次实现了各种纳微米材料表面电荷密度和电场强度测定。
应用的广泛性,可用于大多数纳/微米级样品表面测定;可以测定单一或者复杂多组分的样品系统;可测定不同条件下(pH,电解质类型,浓度及温度)的样品,测定的是液相条件下的样品。
操作的方便性,半自动/全自动双模式选择,降低人工误差;人性化软件界面,操作简易,指示明确;自动化数据处理,存储及报告生成。
不同电性材料、不同体系和不同测定条件下的纳/微尺度表面性质测定。包括无机材料、 有机材料和生物材料,如蒙脱石、高岭石,氧化钛等无机矿物,腐殖质、微塑料、蛋白质等有机材料和生物材料,像组成更复杂的有机无机复合体,如各种土壤样品。