超声法和激光法测量粒度和Zeta电位的比较

1、粒度和zeta电位表征进展及超声/电声分析技术在润滑油粒度及电位测量中的优势杨正红（美国康塔仪器公司北京代表处）微粒物料是粒径在20-30微米以下，具有一些特殊的功能或作用的超细粉体。1微米以下的纳米材料所表现的特性及应用已引起了前所未有的关注。粉体颗粒粒度的表征是这些超细粉体技术应用的基础和关键。粉体颗粒粒度是产品的主要质量指标，它可用来预测产品稳定性、功能特性、颜料覆盖能力及进行终产品质控，也是选择分离过滤设备等的依据。粉体颗粒粒度的表征手段以及分析仪器的选择对产品开发，原料与添加剂质控都是至关重要的。润滑油及其添加剂的分散稳定性润滑油是由润滑剂和添加剂组成的，在润滑剂加入中的一种或几种化

2、合物（添加剂），以使其产生某种新的特性或改善润滑剂中已有的一些特性。添加剂按功能分主要有抗氧化剂、抗磨剂、摩擦改善剂（又名油性剂）、极压添加剂、清净剂、分散剂、泡沫抑制剂、防腐防锈剂、流点改善剂、粘度指数增进剂等类型。润滑油的清净分散性添加剂对润滑油有着极其重要的意义。其一是润滑油能将其氧化后生成的胶状物、积炭等不溶物或悬浮在油中，形成稳定的胶体状态而不易沉积在部件上；其二是将已沉积在发动机部件上的胶状物、积炭等，通过润滑油洗涤作用于洗涤下来。清净分散剂是一种具有表面活性的物质，它能吸附油中的固体颗粒污染物，并使污染物悬浮于油的表面，以确保参加润滑循环的油是清净的，以减少高温与漆膜的形成。分散

3、剂则能将低温油泥分散于油中，以便在润滑油循环中将其滤掉。清净分散添加剂是它们的总称，它同时还具有洗涤、抗氧化及防腐等功能。因此，也称其为多效添加剂。从一定意义上说，润滑油质量的高低，主要区别在抵抗高、低温沉积物和漆膜形成的性能上，也可以说表现在润滑油内清净分散剂的性能及加入量上，可见清净分散剂对润滑油质量具有重要影响。纳米润滑油添加剂1,固体纳米金刚石作为减摩抗磨添加剂作用机理：纳米金刚石颗粒的一次粒径为710nm,与大尺寸的块体金刚石相比较，有许多不同的特点，它是碳液滴“骤冷”结晶生成的，与静高压缓慢生长的金刚石相比有很多特别的性质。纳米金刚石作为一种无毒无害的新型润滑材料已经受到有关研究单

4、位和企业的关注，然而由于其价格及应用技术等因素的限制，人们对它的认识还需要一个过程。从研究工作来讲，要进一步系统地从纳米金刚石粒径分布、不同的表面改性剂组成以及与其他纳米颗粒（如纳米石墨等）的复配等方面来研究对润滑剂性能的影响，从而完善应用技术，使其在润滑油中得到成功应用。在关于固体纳米金刚石作为减摩抗磨添加剂作用机理的研究中，人们提出了很多种的假设，大家较为认可的主要有两种，分别是滚珠轴承效应和薄膜润滑效应。(1)滚珠轴承效应：纳米金刚石粒子可以在摩擦表面之间滚动形成“滚珠轴承效应”，原来的摩擦副之间的纯滑动摩擦变成滑动和滚动的混合摩擦，从而减小了磨损。(2)薄膜润滑效应：由于纳米尺寸效应，

5、金刚石中的C等元素在滑动摩擦力的作用下迅速渗透到了摩擦副基体中，在其表面形成了一层连续的润滑膜，改善了摩擦副的表面硬度和耐磨强度，可承受更高的载荷，并阻止了摩擦表面的直接接触2、纳米材料类别：(1、纳米金属粉末：有机物表面修饰的(2、纳米金属硫化物：有机物表面修饰的(3、纳米稀土化合物：有机物表面修饰的(4、纳米金属氧化物：有机物表面修饰的(5、纳米硼系化合物。,薄膜润滑效应在超精密制造和加工系统中广泛存在。Cu粉、AI粉、Sn粉、Al+Sn粉纳米粒子。MoS2ZnS纳米粒子。LaFCeF3纳米粒子。PbQSi02、Ti纳米粒子。3、怎样提高纳米材料在润滑油中稳定性：提高纳米材料在润滑油中稳定

6、性的方法主要有两种：(1)物质与纳米粒子表面基团进行化学反应或化学吸附：一些固体物质如石英在水和空气的作用下，表面可产生Si-OH、si-O-si、si-OH-H等几种基团，钛白粉(TiO2)表面有一OHTi-O-Ti基团，表面还吸附有水及其他阴离子甚至过氧化物或光催化作用所产生的活性氧等。通过选择合适的物质使其与这些基团发生化学反应，形成牢固的化学键。(2)聚合物包覆纳米材料：它主要是在纳米材料表面进行一些单体的聚合反应，从而得到囊状包覆纳米材料。选择合适的单体能使生成的聚合物包覆纳米材料与润滑油有很好的相溶性。由于纳米粒子被聚合物包覆，从而可防止纳米材料的团聚，增加纳米材料在润滑油中的稳定

7、性。当纳米粒子表面有厚度为89nm的吸附层时，它们之间的排斥力可保护粒子不致聚集。如果体系中仅有溶剂，因吸附层太薄，排斥力不够大，不能使粒子稳定。若在溶剂中加入一些表面活性剂，表面活性剂的极性基团吸附在纳米粒子上，非极性一端向着溶剂，可形成一较厚吸附层(89nm)。但表面活性剂在纳米材料上只有一个吸附点，它很容易被溶剂分子顶替下来。如果在纳米粒子表面包覆一层聚合物，聚合物吸附于纳米粒子表面，可形成厚达50nm的吸附层，且聚合物有多个吸附点。可此下彼上，不会脱离纳米粒子从而能起到很好的稳定作用。其判断标准就是zeta电位。4、纳米材料在润滑油中的分散性：纳米粒子由于粒度极小，在润滑油中一些分散剂

8、能使其得到较好分散。如丁二酰亚胺通过电荷斥力胶溶050nm大小的粒子，使之分散于润滑油中。而聚合型分散剂的烷基分子量非常大，它能多点的在离子间形成较厚的屏障膜，胶溶高达100nm的粒子。因此分散剂能有效地把0100nm的粒子分散于润滑油中。传统的分散剂(一般为表面活性剂)虽然在水性介质中有着很好的分散效果，但对固体颗粒在润滑油中的分散性却不佳。为此，国外从70年代开始研究开发了一系列非水体系用聚合型分散剂一一超分散剂。超分散剂分子量一般在100010000之间，其分子结构一般含有性能不同的两个部分，其中一部分为锚固基团，可通过离子对、氢键、范德华力等作用以单点或多点的形式紧密结合在颗粒表面上，

9、另一部分为具有一定长度的聚合物链，与分散介质有着良好的相溶性，称之为溶剂化链。当吸附有超分散剂的颗粒相互靠近时，由于溶剂化链的空间障碍而使颗粒相互弹开，从而实现颗粒在介质中的稳定分散。此外，偶联剂也是一种很好的分散剂。它一般为两性结构物质，分子中一部分基团可与粉体表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键合，另一部分可与有机高聚物发生某些化学反应或物理缠绕，使无机填料和有机高聚物分子之间产生具有特殊功能的“分子桥”，这样纳米材料得以很好分散。纳米材料在润滑油中的分散程度与纳米材料的种类、粒度等因素有很大关系。研究表明，极性液体对极性固体具有较大的润湿热，非极性液体对极性固体的润湿热较小，而非极性

10、固体与极性水的润湿热远小于与有机液体的润湿热。我们知道，润湿热描述了液体对固体的润湿程度，如果润湿热越大，说明固体在液体中的润湿程度越好，固体在液体中的分散性也越好。反之，则越差。因此，研究纳米材料在润滑油中的分散性时，必须选择合适的纳米材料及合适的分散剂才能保证纳米材料在润滑油中有较好的分散性。5、纳米材料在非水分散体系中的行为非水分散体系在工业上有广泛的应用，如油漆、油墨、化妆品、油基钻井液等。非水分散体系比水基分散体系复杂得多，虽然进行了大量研究，但还没有形成公认的理论。分散体系的分散状态及分散稳定性是由颗粒、分散剂、分散介质等组分间的相互作用共同决定的。两颗粒间的相互作用包括范德华引力

11、能、电斥能、墉斥能。而在非水分散体系中，虽然胶粒表面也带有电荷，这些电荷可能是由吸附加入的表面活性剂或因水的存在通过吸附H+或0H-而引起的。这些带电胶粒周围会形成双电层，进而形成zeta电位。理论和实践均证明，在稀的非水分散体系中，zeta电位决定了体系的稳定性。zeta电位越高，体系越稳定。而在润滑油这样浓的非水分散体系中，双电层的稳定作用减弱。因此，在此种情况下，除了zeta电位外，还要考虑空间位阻(埔排斥)的稳定作用。粒度表征及粒度测量方法1.关于颗粒的基本概念：(1)晶粒：指单晶颗粒，即颗粒内为单相，无晶界。(2) 一次颗粒：指含有低孔隙率的一种独立的粒子。它能被电子显微镜观察到。(

12、3)团聚体：是由一次颗粒为降低表面势能而通过范德华力或固定的桥键作用形成的更大颗粒。团聚体内含有相互连接的孔隙网络，它能被电子显微镜观察到。(4)二次颗粒：指人为制造的粉料团聚粒子。如陶瓷工艺中的“造粒”。目前所谓“纳米材料”的功能绝大多数体现为团聚体的功能，若能将团聚体分散成一次颗粒，则将表现出纳米颗粒更多的特性。2 .粒度的定义：等效沉降速率直径筛分直径等效表面积直径粒度即颗粒大小，通常用粒径表示。但由于真实颗粒几乎没有圆形的，故有许多粒径的表示方法(如下)，同一颗粒可表示为多种粒径值(图1)。所以，不同粒度测试方法的结果除非转化为同一标准，否则是不能比较的。Feret直径-平行切面之间的

13、距离.Martin直径-等分线直径最长直径最短直径等效周长直径-同等周长的圆圈直径等效投影面积直径-与投影面积相同的圆面直径等效表面积直径等效体积直径3 .常见粒度分析方法及优缺点比较:统计方法：非统计方法：优点：代表性强，动态范围宽，；缺点：分辨率低分辨率图；代表性差，动态范围窄，重复性差，制样或测试条件苛刻筛分方法沉降方法光学方法声学方法:>38微米-0.01-300微米0.001-3500微米0.0051000微米显微镜方法：光学显微镜：1微米-电子显微镜：0.001微米-电域敏感法（电阻法）：0.5-1200微米光阻法：1450微米出川|川|川加山州小川|川|川|口上：口0口3口

14、*CJN显微镜法优点：可直接观察粒子形状；可直接观察粒子是否团聚；光学显微镜价格便宜缺点：代表性差；重复性差；测量投影面积直径；速度慢用透射电镜观察法（TEM测得的颗粒粒径，不一定是一次颗粒，往往是由更小的晶体、非晶或准晶微粒构成的纳米级微粒。光学方法激光衍射方法（0.02-3500微米）:优点：目前最准确快速的方法.测量等效球体积分布；代表性强；经典理论，准确性高；测量速度快，动态范围宽；无须称重，可边分散边测量；重复性好，适应于混合物料测量缺点；只能测量稀溶液，无法克服多重散射。对于检测器性能要求高，小粒子测量技术和方法决定了仪器性能；故不同厂家仪器技术差异大，结果对比性不好。可以用于测量

15、在用润滑油中磨削颗粒粒径分布的测定。PCS光子相关光谱方法（0.001-3.0微米）：所有叫做纳米粒度和zeta电位分析仪的都是基于动态光散射原理的光子相关光谱法。该方法的应用条件是粒子在分散体系中做无规运动，有丁达尔现象；假设颗粒是圆球。优点：特别适合于乳液等一次颗粒的粒度测量；经典理论，准确性高；测量速度快，动态范围宽；无须称重及知道密度。可测ZETA电位，以研究分散体系的稳定性。缺点：1.不适用于大于3微米的颗粒测量，因此不能测量微米级颗粒的Zeta电位。2 .无分散手段，不能边分散边测量；3 .适用于分布窄的样品，不适用于宽粒度分布测量，即不适用于通过粉碎得到的“纳米颗粒”或混合物添加

16、剂。4 .粒径表达为“水力直径”，不是“直径”，即包括颗粒外电层的直径；5 .由于采用相关器累加极弱的光散射信号，其不能得到粒度分布，只有峰值粒径（50%）有意义。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（1450微米）：这是对极少量粒子粒度测定的灵

17、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（0.0051000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ISO20998-1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

18、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

19、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优点不需要稀释对于污染物敏感度低不需要根据已知粒度进行校准更加准确5纳米至1000微米范围粒径测量米用相同传感器硬件简单，性价比高声吸收与声散射的简单去耦单一理论能够消除多重散射，即使体积浓度达到50%针对大粒径的单一理论利用原浓液中的粒子相互作用的超声吸收理论能够处理原浓液中的小粒子覆盖宽波长范围的数据均可适用允许使用单,理论，减少粒形影响固有的加权基准，粒径测量耗能较少更好的适用于多分散系统在几种分散相中分散，进行混合分散粒度分析实用体系，真实展现微观世界在构筑的分散系中的粒径分布声学理论是非常健全和精确

20、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100MHZ时的波长为15微米，在最低频率（1MH力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

21、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

22、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：TechniqueNsra>-PairticleMeasurementOversizeMeasurementAnalysisSpeedDilutionRequired?LaserDiffractionVerygoodExcellentExcellentYesDynamicLightScsttenngExcellentVerypoorVehgoodYesAcousticSpectroscopyExceHentExcellentGoodM口Light

23、ObscurationGoodGoodPoorYesDiscCentrifugeVerygoodExcellentVervpoorYesMicroscopy(SBM.TEM)ExcellentVerypoor(statistics)poorNo砒杷工：Several卬帝原gm网晚fis可总菖忸丽际J,加d计毋卡其/内即'如由rCMPWsyfT/easLr&n&at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（土0.1mV）;低表面电荷（低于0.1mV）;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

24、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

25、：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镒氧化物乳状悬浮液。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乳液氧化镒分散体系的粒径分布测定结果。乳液中，80%wt浓度的氧化镒分散其

26、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展示了乳液中氧化镒的粒径分布情况。1-1-0fioO-£4E:«£=-X-苣士e.ie归B8diariHUi4|jfh如州州20GOCEggar»jfine*t图3.32O/W-乳液和水的超声衰减谱图3.33O/W-乳液中油相液滴的粒径大小K*>.MI加,3T8.8依a.ggggHQEMSuredvaluesNetYLjmsnIqu：d1口eggxy(MHe)-erngMie-UNgmcrv/Emulsan一0/W-三mutiitt收80曾IMKIJ图3.34O/W-乳液的损

27、失模量图3.35氧化毓和O/W-乳液的声衰减对比图8""dgG.W9013.t1CH>，。2tWWdierreier(knn.i图3.36氧化镒分散体系的粒径分布SampleStJev,diOurndieumd6QUmd*umCI90umOA-emusiOn0.40.550.715L734.3045437MarcanoMcxidcdisporshnO.Z0J660.6711J342.0732.32b表3.3O/W-乳液和氧化镒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

28、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1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.）o由此可知zeta电位必须用电声背景方法测

29、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。1叩so献Q-70D24AB1014图3.37电声背景法测量的20wt.-%W化铝分散体系ZATA电位随pH的变化曲线s-s&二期¥结论：如果必要时应用背景方法，D

30、T-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。MeasurementofEmulsionDropletSizeMeasurementofemulsiondropletsizecanbeaccomplishedwithoutdilutionbytheuseofacousticattenuationspectroscopy.Thisana

31、lyticaltechniquecanmeasureemulsionssystemsatconcentrationsupto50volumeallowingcharacterizationInanas-lsstate.UsingAcousticSpectroscopytoMeasurePropertiesofEmulsionsTherearemsnyinstancpsofsuccessfulcharaEterizatiorofthenaiti匚Ie与出穹distributicinandzeta口成即陆1ofemulsfandropletsusingacojstlcspectroscopy.Th

32、isappliestiannoteIsarepetitiontosomeextentofMcClements1workwithhexadecane-in-waterandwater-ln-ollemulsions,toshowtherangeofexperimentsthatcanbeconductedwithacousticmeasurements.MeasuringEmulsionStabilityAnemulsionwaspreparedcontaining25%byweightofhexadecaneinwater.Themeasuredattenuationspectia（Figu皂

33、1）exhibitedapronouncedtiirnedependence.ThesoundalienuaLionwasfoundtoincreaseinmagnitudeastimeelapsed.Thisincreaseintheattenuationcorrespondedtothedropletpopulationbeconniinqsmallerinsize.Themediandropletsizewasreducedbyalmosttwotimesduringahalfanhourexperiment.ReasonsfortheReductioninDropletSizeThis

34、reductionofthedropletsizewascausedbytheshearinducedbyamagneticstirrerusedinthesamplechamberoftheDT-1200instrument.Astheemulsionwasstirred,thelargerdropswerefragmentedintosmallerdroplets.Figure2showstheprogressionoftheparticlesizedistributionwithtime.SurfactantEffectsonEmulsionFormationAnotherimporta

35、ntparameteraffectingemulsionsisthesurfactantconcentrationthataffectssurfacechemistry.Thisfactorwastestedforareversewater-in-oilemulsion.Theoilphasewassimplycommerciallyavailablecarlubricatingcildilutedtwicewithpaintthinnerinordertoreducetheviscosityofthefinalsample.Figure3illustratesresultsforemulsi

36、onspreparedwith6%byweightofwater.ThisFigureshowstheattenuationspectraforthreesamples.Thefirstsamplewasapureoilphaseandexhibitedthelowestattenuation.AttenuationofthePureDispersionMediumItisimportanttomeasuretheattenuationofthepuredispersionmediumwhenanewliquidisevaluated.Inthisparticularcase,theintri

37、nsicattenuationoftheoilphasewasalmost150dB/cmat100MHzwhichismorethanseventimeshigherthanforwater.Thisintrinsicattenuationisaveryimportantcontributiontotheattenuationofultrasoundhemulsions.Itisthebackgroundforcharacterizingemulsionsystem.Theemulsionwithoutaddedsurfactantwasmeasuredtwicewithtwodiffere

38、ntsampleloads.Asthewatercontentwasincreasedtheattenuationbecamegreaterinmagnitude.Forthissystem,theattenuationwasfoundtobequitestablewithtime.ConvertingaRegularEmulsionintoaMicroemulsionAdditionof1%byweightAOT(sodiumbls2-ethylhexylsulfosuccinate)changedtheattenuationspectradramatically.Thisnewemulsi

39、onwithmodifiedsurfacechernlstrywasmeasuredtwotimesInordertoshowreproducibility.ThecorrespondingparticlesizedistributionisshownInFigure4andIndicatesthattheAOTconvertedtheregularemulsionIntoamicroemulsionasonecouldexpect.ReviewTheseexperimentsanalyzedontheHORIBADT-1200(figure5)provedthattheacoustictec

40、hniqueiscapableofcharacterizingtheparticlesizedistributionofrelativelystableemulsions.Inmanyinstancesemulsionsarefoundthatarenotstableatthedispersedvolumeconcentrationrequiredtoobtainsufficientattenuationsignals(usuallyabove0.5%).Hazywaterinfuelemulsions(diesel,jetfuel,gasoline)mayexistatlowwatercon

41、centrationsofonlyafew100ppmvolume(0.01%)ofdispersedwater.Attemptsatcharacterizingthesosystemswithoutaddedsurfactantresultedinunstableattenuationspectraandwaterdropletswerediscoveredtoseparatefromthebulkemulsionandsettleoutonthechamberwalls.总结1 .纳米材料的研究不在于材料制造而在于材料分散（见附录1）2 .对于“纳米材料”的粒径分布测定是激光衍射法粒度分析

42、仪和超声衰减法粒度分析仪，但前者需要稀释，破坏了原始状态，且不适用于粘度大的体系，而后者可以表征原浓状态下的真实粒径分布3 .动态光散射法纳米粒度分析仪不适用于人工制造的纳米材料粒度分布，这是因为a）其理论基础和假设适合于细胞、病毒、蛋白等生物领域的研究b）它不能给出有效的粒径分布图，只适用于窄分布样品，并给出的粒径为“水力直径”c）不适用于几种材料的混合体系（多分散体系）d）必须稀释。即使采用特殊方法做粒度不用稀释，也只是某一点的聚焦反射，缺少代表性e）样品测定的前提是已经分散的纳米颗粒，仪器本身不具备任何分散或搅拌手段，代表性差f）上述人为制造的“纳米材料”很难达到仪器的测试要求，因为电镜

43、下看到的几纳米的颗粒实际状况是上百纳米或几十微米的团聚颗粒，在动态光散射测量过程中会沉淀而无法测量。因此，人工制造的纳米材料其粒度真实范围都在超声粒度仪的测量范围内。g）测量zeta电位必须稀释，且对非水相zeta电位灵敏度低（只能采用平板电极）4 .超声/电声谱仪采用超声衰减法测量粒度分布（体积分布），电声法测量zeta电位，并且可以给出体系的流变信息，适用于原浓高粘度有色体系，是润滑油纳米添加剂研究的最佳选择5 .鉴于目前经费限制，且zeta电位对分散体系的意义比粒度重要，建议DT300电声法zeta电位分析仪作为首选。DT-300高浓度Zeta电位分析仪我们的粒度和Zeta电位分析仪器，

44、利用超声波在含有颗粒的连续相中传播时，声与颗粒的相互作用产生的声吸收、耗散和散射所引起的损失效应来测量颗粒粒度及浓度，采用专利电声学测量技术测量胶体体系的Zeta电位。对于高达50%（体积）浓度的样品，无需进行样品稀释或前处理即可直接测量。甚至对于浆糊、凝胶、水泥及用其它仪器很难测量的材料都可用DT-300直接进行测量。传统方法要求稀释样品或进行其它的样品处理，既费时又容易出错，而专利电声技术则可避免这些问题。超声探头（ZetaProbe）能直接在样品的原始条件下测量zeta电位，允许样品浓度高达50%（体积）。DT-300结构设计紧凑，外置Zeta电位滴定装置（DT-310）.自动滴定装置可

45、自动、快速地判断等电点，可快速得到最佳分散剂和絮凝剂。对粒度和双电层失真进行自动校正。该仪器的软件易于使用，通用性强，非常适用于科研及工厂的优化控制。DT-310典型应用领域水泥浆，陶瓷，化学机械研磨，煤浆，涂料，化妆品，环境保护，浮选法矿物富集，食品工业，乳胶，微乳，混合分散体系，纳米粉，无水体系，油漆，成像材料产品特性1,能分析多种分散物的混合体2.可适用于高电导率（highlyconducting）体系3,可排除杂质及对样品污染的干扰4 .可精确测量无水体系5 .Zeta电位测试采用电声测量技术，无需先测量粒度即可进行电位测量6 .样品的最高浓度可达50%（体积比），被测样品无需稀释，对

46、浓缩胶体和乳胶可进行直接测量7 .具有自动电位滴定功能产品规格1 .可测量Zeta电位、超声波频率、电导率、pH温度、2 .Zeta电位测量范围：无限制，低表面电荷可低至3 .允许样品浓度：0.150%（体积百分数）4 .样品体积：2-100ml（检测Zeta电位）7 .pH范围：0.513.58 .电导率范围：0.000110S/m9 .温度范围：50C10 .最大粘度：20,000厘泊11 .电位滴定和体积滴定，滴定分辨率0.1科l技术参数1 .Zeta电位由电声波（ElectroAcoustic）方式2 .样品无需稀释直接测定，测量固体含量范围：0.1%50%3 .样品最大测量搅拌浓度：

47、10,000cps4 .样品测量电位范围：无限制5 .频率范围：1到10MHz6 .测量Zeta电位只需10ml或以下7 .可选自动酸碱与浓度滴定装置8 .可选自动测量Zeta电位对pH化9 .可以及时分析/显示Zeta电位与等电点10 .可及时测量/显示样品pH直,电导率，温度11 .可选数据资料处理与显示系统：Pentium4-3.0GHz或以上，512MBRAM,80GB,19Laptopcomputer）在样品中浸入探头，像使用pH电极一样电声信号、等电点（IEP）0.1mV,高精度（土0.1mV）在探头顶部置样品杯，可测定少于1ml的样品"LCD,WindowsXP及Off

48、ice软件（or主要特点扫描粒径范围大.无需稀释.适用于稀释后粒径，表面电位，pH值等易发生变化样品的测定粒子粒径无需较正.测量粒子可以是导电性很强的粒子，如硅酸盐水泥.粒子测量不必是导电粒子.可以同时测量不同材料的混合物.电声法对传统的动态激光光散射方法的表征优势与传统的表征方法相比，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。这个特性对于粒径分布分和zeta电位测量均适用。传统技术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

49、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。声学对于传统动态光散射zeta电位分析技术的特征与优点特征优点对比：动态光散射zeta电位分析不需要稀释对于污染物敏感度低必须将液体稀释至1000Ppm以下，必须用超纯水，否则本底影响结果，易受污染影响.可适合各种分散体系非水体系和涂料，浆料可用水体系可以，不能用于浆料和有色体系。非水体系必须采用灵敏度低的平板电极适用粒度范围范围5纳米至1000微米硬件简单检测器只适用于10微米以下颗粒样品，一旦样品沉淀，方法即不可用专利电声探头操作方便，无易耗品，可在线应用必须用一次性毛细管测量池，电极污染无法清理灵敏度高测量速度快

50、，约20秒测量速度慢，2分钟左右考虑了光吸收可能结果准确无法区分光散射和吸收，对有色体系易产生误差DT-300招标参数建议1.本系统用于无水体系的zeta电位测定2 .能分析多种分散物的混合体，也可适用于高电导率体系。可精确测量无水体系的zeta电位3 .可排除杂质及对样品污染的干扰4 .样品的最高浓度可达50%（体积比），被测样品无需稀释，对浓缩胶体和乳液可进行直接测量5 .Zeta电位测量范围：无限制，低表面电荷可低至0.1mV,高精度（±0.1mV）6 .允许样品浓度：0.150%（体积百分数）7 .允许样品体积：2-100ml8 .pH范围：0.513.59 .电导率范围：0

51、.000110S/m10 .温度范围：50C11 .适用最大粘度：20,000厘泊；最大测量搅拌粘度:10,000厘泊12 .样品测量电位范围：无限制13 .探头式测量方式14 .可以及时分析/显示Zeta电位与等电点目前招标参数与DT300的对比CoulterDT-1201备注1、 真实度测量范围：至少涵盖0.67000nm2、 粒度测量的浓度范围：0.001%40%3、 Zeta电位的粒径范围：0.6nm30gm4、 Zeta电位测量的浓度范围：0.001%40%5、 电势：-200mV200mV6、 电迁移率：-1.2X10-31.2X10-3cm2/V.S7、 分子量：103道尔顿一3

52、x107道尔顿8、 激光光源：2个固体激光，658nm9、 激光光源必需有足够的功率，不小于30mW具有自动调节光强功能。10、探测器：高性能光电倍增管PMT11、自动优化选择测量位置（包括粒度测量及Zeta电位测量）12、样品池：易清洗，使用方便，适用范围广，石英样品池不少于1个、一次性样品池不少于100个，高浓度样品池不少于1套13、仪器可以扩展连接全自动滴定系统14、温控范围：室温下15oC90oC15、测量样品的PH值范围：11316、提供ZETA电位标样，Zeta电位标样无需制样，可直接使用。17、在满足上述要求后，可实现检测固体表面的Zeta电位优先考虑1、 真实度测量范围：0.0

53、05-1000gm2、 粒度测量的浓度范围：0.1%50%3、 Zeta电位的粒径范围：0.005-1000gm4、 Zeta电位测量的浓度范围：0.1%50%5、 电势：无限制6、 电迁移率：无限制7、 分子量：无限制8、 超声频率：1-100MHz9、 超声衰减（dB/cm/MHz）:020+0.0110、声波接收器11、自动优化选择测量位置（包括粒度测量及Zeta电位测量）12、样品池：用户指定容器13、仪器可以扩展连接全自动滴定系统14、温控范围：室温下<50oC15、测量样品的PH值范围：0.5-13.516、提供ZETA电位标样，Zeta电位标样无需制样，可直接使用。17、在满足上述要求后，可扩展实现检测固体表面Zeta电位仅DT100仅DT100仅DT300DT-800功能可扩展表征流变性质DT-600附录1:本文发表于2002年9月中国服装报纳