隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，表征固液界面相互作用的zeta電位應(yīng)用得越來越廣泛，測定zeta電位的技術(shù)也逐漸呈現(xiàn)多樣化。本書圍繞zeta電位，介紹zeta電位基本概念、具體實(shí)驗(yàn)測量與計(jì)算、zeta電位的影響因素，通過一些普遍應(yīng)用的電動(dòng)/動(dòng)電現(xiàn)象測量的各類物理量來計(jì)算zeta電位的方法與公式，并通過一些具體的實(shí)例來闡述zeta電位在實(shí)際科研與生產(chǎn)中的應(yīng)用。本書可作為從事電化學(xué)及材料相關(guān)領(lǐng)域科研人員和技術(shù)人員的參考用書。
近幾十年來，隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，表征固液界面相互作用的Zeta電位應(yīng)用的越來越廣泛，測定Zeta電位的技術(shù)也逐漸呈現(xiàn)多樣化。測定Zeta電位儀器的年安裝臺(tái)數(shù)逐年增多，很多研究機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)廠家已將Zeta電位作為一個(gè)重要的研究指標(biāo)與質(zhì)量控制指標(biāo)。可是在傳統(tǒng)的高等教育中，除了在膠體化學(xué)的專業(yè)課中有一些對(duì)Zeta電位的簡單介紹外，與Zeta電位以及有關(guān)知識(shí)的教育與傳播幾乎是個(gè)空白，也沒有一本有關(guān)Zeta電位的中文專業(yè)著作甚至普及讀物。這一知識(shí)空白造成了科技工作者在Zeta電位測量與應(yīng)用中的大量概念錯(cuò)誤、測量錯(cuò)誤、結(jié)論錯(cuò)誤。 本書作者許人良在幾十年的工作中深感到Zeta電位在很多領(lǐng)域中的重要性與有關(guān)知識(shí)的教育與普及給科技工作者帶來的困惑，由此在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織中創(chuàng)導(dǎo)成立了Zeta電位專業(yè)工作小組，并擔(dān)任召集人至今已有十?dāng)?shù)年，起草并制定了4個(gè)Zeta電位有關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)文件，正在主持制定一個(gè)新的Zeta電位國際標(biāo)準(zhǔn)。 本書將以廣大科技實(shí)驗(yàn)工作者與高校研究生為對(duì)象，從實(shí)用的角度系統(tǒng)地介紹液固界面的相互作用，Zeta電位的概念、測量與計(jì)算，并附有典型Zeta電位的應(yīng)用例子，希望能讀者一個(gè)對(duì)zeta電位的全面了解。 本書特色總結(jié)如下： 1. 系統(tǒng)地介紹zeta電位的定義、物理含義、計(jì)算方式、測量方法，以及一些典型的應(yīng)用，給讀者提供zeta電位的有關(guān)知識(shí)，起到普及教育的作用。 2. 對(duì)zeta電位及相關(guān)技術(shù)的歷史發(fā)展有一些簡略地陳述，對(duì)各類理論與技術(shù)，盡可能地列出原始文獻(xiàn)以及有關(guān)的重要文獻(xiàn)。 3. 全面涵蓋有關(guān)zeta電位與電動(dòng)現(xiàn)象的新發(fā)展，對(duì)尚未成熟或發(fā)展到可以運(yùn)用到測量實(shí)際樣品的理論與技術(shù)，只做簡要概述。 4. Zeta電位在包括吸附、生物醫(yī)學(xué)技術(shù)、黏土技術(shù)、洗滌劑、陶瓷 、礦物和礦石浮選、油井技術(shù)、化學(xué)機(jī)械研磨液、生物細(xì)胞研究、涂料、造紙、制藥、食品、廢物處理、分離膜等很多領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。
筆者自從進(jìn)入科學(xué)儀器行業(yè)以后，30多年來一直在跟zeta電位打交道：從zeta電位的理論研究，測量儀器的設(shè)計(jì)與工程，各類樣品的測量，到全球性的技術(shù)推廣、產(chǎn)品支持以及用戶指導(dǎo)；并于2008年在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的顆粒表征專業(yè)委員會(huì)中創(chuàng)建了zeta電位測定的工作小組，擔(dān)任召集人至今。在與同行專家、儀器生產(chǎn)商以及zeta電位應(yīng)用者的長期交往中，深深感覺到隨著科技的發(fā)展與商業(yè)儀器的日益增多，這個(gè)兩相交界面奇妙參數(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎涉及各行各業(yè)。
由于在高等教育中尚普遍缺乏有關(guān)的課程與教材，專業(yè)書籍與參考資料也是寥寥無幾，很多儀器使用者甚至科研工作者對(duì)這一界面科學(xué)里起著重要作用的參數(shù)理解不多，概念模糊，應(yīng)用錯(cuò)誤，誤區(qū)很多。因而亟須一本適合于科研工作人員與大專院校師生的，系統(tǒng)性地介紹zeta電位的實(shí)用參考書籍，能幫助讀者全面地理解這個(gè)參數(shù)、正確地進(jìn)行測量，以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)與合理的闡釋。所以在2022年上半年完成了《顆粒表征的光學(xué)技術(shù)及應(yīng)用》一書之后，筆者就開始著筆這本有關(guān)zeta電位的實(shí)用書籍，終于在半年多后完稿了。
如果本書能夠給在工作中牽涉到zeta電位方方面面的廣大科技工作者提供一些實(shí)用性的幫助，并且拋磚引玉，激起讀者的興趣，進(jìn)一步從書中所引的文獻(xiàn)中得到更多的知識(shí)，那就達(dá)到了撰寫本書的小小愿望。
鑒于筆者學(xué)識(shí)有限，對(duì)于本書中牽涉到的很多理論及各類測量技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用的陳述介紹，定會(huì)存在疏漏與不足之處，全書的系統(tǒng)性與可讀性也定有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)同行專家和廣大讀者批評(píng)指正和不吝賜教。
最后，感謝李兆軍、韓鵬、劉偉、何希盛、孫俊平在本書資料收集過程中的幫助。
許人良
2023年4月
許人良，1972年進(jìn)入顆粒分析測試行業(yè)。1982年畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)，之后前往美國留學(xué)，獲得碩士、博士與工商管理碩士學(xué)位。在納米科學(xué)、科學(xué)儀器、高分子物理、膠體化學(xué)、材料表征、企業(yè)管理等眾多領(lǐng)域均有涉獵，曾在多家跨國儀器企業(yè)內(nèi)任研發(fā)、工程、市場與管理等主要職位，長期任職于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化專業(yè)委員會(huì)、中國顆粒學(xué)會(huì)與上海市海外交流協(xié)會(huì)，擔(dān)任多本專業(yè)雜志審稿人。發(fā)表近百篇學(xué)術(shù)論文，獲得數(shù)個(gè)專利。
第1章 引言 001
參考文獻(xiàn) 004
第2章 界面附近的電荷及其分布 007
2.1 雙電層的一般概念 007
2.2 德拜長度 011
2.3 雙電層的經(jīng)典理論 013
2.3.1 平板模型 013
2.3.2 球狀模型 014
2.3.3 柱狀模型 015
2.3.4 雙電層的計(jì)算 015
2.4 非平衡態(tài)表面電動(dòng)力學(xué) 016
2.4.1 表面電導(dǎo) 017
2.4.2 廣義標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)模型（GSEM）和擴(kuò)展電表面表征 019
2.5 非水相體系 019
參考文獻(xiàn) 021
第3章 界面的電動(dòng)與動(dòng)電現(xiàn)象及其測量 024
3.1 電泳及其測量 026
3.1.1 早期的電泳技術(shù) 027
3.1.2 微電泳法 027
3.1.3 電泳光散射 028
3.1.4 電泳運(yùn)動(dòng)中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)干擾 034
3.1.5 電泳測量中的電滲干擾 035
3.1.6 動(dòng)態(tài)電泳測量 037
3.1.7 差分電泳 037
3.2 電滲及其測量 038
3.2.1 流量測量 039
3.2.2 電滲反壓測量 039
3.2.3 速度測量 040
3.3 沉降電位及其測量 042
3.3.1 沉降電位的一般理論 042
3.3.2 沉降電位的測量 043
3.4 流動(dòng)電位及其測量 045
3.5 電聲振幅與膠體振動(dòng)電位及其測量 049
3.6 電震效應(yīng)與震電效應(yīng)及其測量 052
3.6.1 固結(jié)多孔材料的測量 053
3.6.2 顆粒沉淀物的測量 055
3.7 其他表面電動(dòng)現(xiàn)象及其測量 057
3.7.1 擴(kuò)散泳與溶劑泳 057
3.7.2 介電色散 057
3.7.3 非均勻或非靜止電場中的電動(dòng)現(xiàn)象 059
3.7.4 電雙折射 064
3.8 非水體系中的電動(dòng)現(xiàn)象測量 065
3.9 表面電導(dǎo)率的測量 065
3.10 第二類電動(dòng)現(xiàn)象 066
參考文獻(xiàn) 068
第4章 Zeta電位的定義 077
4.1 界面運(yùn)動(dòng)的滑移面（剪切面） 078
4.2 Zeta電位 079
4.2.1 Helmholtz-Smoluchowski公式 079
4.2.2 Hckel-Onsager公式 080
4.2.3 Henry公式 080
4.2.4 表面電導(dǎo)與弛豫效應(yīng) 082
4.2.5 Zeta電位理論 084
4.2.6 顆粒表面電荷 085
4.2.7 滑移面的位置 085
4.3 Zeta電位與其他參數(shù) 089
4.3.1 Zeta電位與表面電荷 089
4.3.2 Zeta電位與體系穩(wěn)定性 090
4.3.3 等電點(diǎn)與零電荷點(diǎn) 091
4.3.4 非水相懸浮液 093
4.4 濃懸浮液的zeta電位 094
4.5 非理想顆粒的zeta電位 094
4.5.1 粒徑效應(yīng) 095
4.5.2 形狀效應(yīng) 095
4.5.3 粗糙表面 096
4.5.4 表面的化學(xué)不均勻性 096
4.5.5 表面有吸附的顆粒 098
4.5.6 離子可穿透或部分可穿透顆粒 101
4.5.7 凝膠或復(fù)合凝膠顆粒 102
4.6 液相中液滴與氣泡的zeta電位 103
4.7 表面電位與表面電荷密度 103
4.8 理論與實(shí)踐 104
參考文獻(xiàn) 106
第5章 從電動(dòng)參數(shù)計(jì)算zeta電位 112
5.1 電泳 112
5.1.1 球狀顆粒 112
5.1.2 非球狀顆粒 115
5.2 電滲 115
5.3 沉降電位 116
5.4 流動(dòng)電位與流動(dòng)電流 118
5.4.1 流動(dòng)電位 118
5.4.2 流動(dòng)電流 120
5.4.3 流動(dòng)電位測量濾膜的空間電荷模型 122
5.5 CVI與ESA 123
5.5.1 基于動(dòng)態(tài)電泳遷移率 123
5.5.2 基于ICV的直接估計(jì) 125
5.6 非水懸浮液內(nèi)zeta電位的計(jì)算 126
5.7 環(huán)境對(duì)zeta電位的影響 127
5.8 Zeta電位的樣品與測量準(zhǔn)備及其對(duì)結(jié)果的影響 131
5.8.1 樣品準(zhǔn)備 131
5.8.2 測量準(zhǔn)備 133
5.8.3 二氧化碳對(duì)測量的影響 134
5.9 Zeta電位的參考物質(zhì) 135
5.9.1 NIST電泳遷移率標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì) 135
5.9.2 EC-JRC/NIST zeta電位標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì) 137
參考文獻(xiàn) 139
第6章 氣泡與液滴的表面電動(dòng)現(xiàn)象與zeta電位 144
6.1 概論 144
6.2 氣泡 145
6.2.1 氣泡的生成 146
6.2.2 Zeta電位的測量方法 148
6.2.3 氣泡在水中的表面電動(dòng)現(xiàn)象 150
6.3 液滴 154
6.3.1 液滴的zeta電位 154
6.3.2 Zeta電位與乳液穩(wěn)定性 161
參考文獻(xiàn) 163
第7章 Zeta電位的應(yīng)用 167
7.1 濾膜 167
7.1.1 濾膜的zeta電位 167
7.1.2 多層濾膜 170
7.1.3 濾膜表征的電滲測量 171
7.2 蛋白質(zhì)吸附研究 173
7.3 脂質(zhì)體研究 178
7.4 油墨 186
7.5 礦物 188
7.6 三維的表象分析法 192
7.6.1 電泳遷移率的指紋法表征 192
7.6.2 電泳遷移率的多參數(shù)分析 196
參考文獻(xiàn) 197
附錄 203
附錄1 符號(hào)與定義 203
附錄2 常用物理常數(shù) 207
附錄3 名詞術(shù)語 207
附錄4 常用液體的物理常數(shù) 215
附錄5 常用分散劑 220
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