概述：對于懸浮液和乳劑來說，配制兩相分散液可以使產(chǎn)品的穩(wěn)定性更好或保質(zhì)期更長。粒子大小和表面電荷（Zeta電位）都是影響懸浮液穩(wěn)定性的重要的物理性質(zhì)。本文解釋說明了如何利用粒子大小和Zeta電位來提高分散液的穩(wěn)定性。

介紹：分散液（固體/液體）和乳劑（液體/液體）都是兩相分散，溶劑為連續(xù)相，而顆粒或乳狀液滴構(gòu)成分散相。在穩(wěn)定的分散體中，分散相的粒子大小隨時間保持一致并保持懸浮狀態(tài)。不穩(wěn)定的乳狀液會相分離，油相“奶油化”到溶液頂部，或者由于聚集或Ostwald成熟，乳狀液滴會隨著時間而增加。不穩(wěn)定的懸浮液會絮凝/聚集，然后沉降到底部，如圖1所示。

圖1：穩(wěn)定與不穩(wěn)定

創(chuàng)建穩(wěn)定的分散體需要控制連續(xù)相和分散相的化學(xué)和物理性質(zhì)。通過選擇表面活性劑，改變濃度、鹽濃度、pH值，可以使連續(xù)相的化學(xué)性質(zhì)得到優(yōu)化。通過在表面（固態(tài)穩(wěn)定）上添加聚合物涂層或/和增加表面電荷（靜電穩(wěn)定），可以使分散的相位更加穩(wěn)定。當(dāng)粒子表面沒有電荷時，粒子相互緊密地接近，容易聚集，進(jìn)而降低分散系的穩(wěn)定性。但如果粒子表面電荷足夠，粒子會像磁鐵一樣相互排斥，且永不接近聚合，如圖2所示。

圖2：吸引粒子聚集（左），排斥粒子分離（右）

從測量的角度看，表面電荷是用Zeta電位分析表征的。如圖3所示，Zeta電位是距離粒子較短距離內(nèi)的電位，單位為mV。在懸浮液上施加電場并通過電泳光散射檢測粒子的運(yùn)動來測量。粒子運(yùn)動的方向決定了電性（+或-），而速度決定了電荷的大小。運(yùn)動可以通過檢測頻移（相位多普勒）或相移（相位分析光散射或PALS）來分析。

圖3：Zeta電位

Zeta電位測量的主要結(jié)果是電泳遷移率μ，然后使用以下方程式計算Zeta電位： =?μ/?，在這里，=Zeta電位，η=溶劑粘度，μ=電泳遷移率，?=溶劑介電常數(shù)。zeta電位的正負(fù)電荷不重要，重要的是JD值大小，較高的Zeta電位JD值表明分散的穩(wěn)定性得到了改善。不同種類的分散體需要不同的電荷值以增強(qiáng)穩(wěn)定性，如圖4所示（僅粗略代表）。

圖4：Zeta電位穩(wěn)定性指南

通過改變Zeta電位來增加穩(wěn)定性通常僅對平均粒徑小于1μm的小顆粒起重要作用，但乳液的粒徑可能會更大。

等電點(diǎn)（IEP）：分散體系中的等電點(diǎn)是指Zeta電位為0時的pH值。這是進(jìn)行Zeta電位測量的一個常見原因，因為IEP表明了可能導(dǎo)致分散不穩(wěn)定的表面化學(xué)條件，如圖5所示。

圖5：等電點(diǎn)

結(jié)論：食品乳劑

通過用弱酸從pH6.8滴定到3.2來改變食品乳液的pH值。在每個pH值下，使用PALS技術(shù)（外加電場=4 v/cm）進(jìn)行了七次測量，并報告了平均值。圖6中顯示了Zeta電位與pH的情況。

圖6：Zeta電位與pH

圖7顯示了pH值為6.5時乳液樣品的粒徑分布，圖8顯示了pH值為3.5時乳液樣品的粒徑分布。注意，較低pH值時液滴粒徑（302-496 nm）急劇增加時，表明乳液處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖7：pH值為6.5時的粒徑，Zeta電位=-34 mV

圖8：pH值為4.6時的粒徑，Zeta電位=-9.8 mV

結(jié)論：氧化鋅懸浮液

購買了氧化鋅（ZnO）“納米粉末”（Sigma-Aldrich#544906），以研究pH值對zeta電位和粒徑的影響。用Igepal CA-630非離子表面活性劑分散制備所有樣品，并用超聲波探頭（2）超聲3分鐘。pH值為6.9和11.2的zeta電位值如圖9和10所示。請注意，即使接近零，Zeta電位的結(jié)果也非常穩(wěn)定。

圖9：ZnO在pH為6.9時的Zeta電位

圖10：ZnO在pH為11.2時的Zeta電位

圖11顯示了粒徑的變化，從pH 6.9時198 nm處的單峰到pH 11.2時204和573 nm處的雙峰分布。當(dāng)zeta電位接近零時，懸浮液不穩(wěn)定并開始聚集。

圖11：ZnO在pH6.9（藍(lán)）和11.2（粉）時的Zeta電位