DLS测量:为什么离子强度相关?

摘要

粒径的测量方法动态光散射(DLS)非常依赖于被检测材料的稳定性。亚博网站下载通过简单的球形胶体粒子的接触通常具有吸引和排斥接触的平衡特征。yabo214

这些排斥相互作用使得减少自由扩散颗粒之间的碰撞的次数，除了最小化特定碰撞将导致两个表面粘附的可能性以及这样的情况之外，结果将是胶体稳定性。yabo214

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结果

如果在两种类似于两种带电粒子之间的成对触点的总和方面考虑了这些相互作用，则半径yabo214R._O.， 距离，H，描述可以识别胶体颗粒的表面分割。yabo214

有吸引力和排斥力的平衡产生复杂的相互作用电位，但添加盐是增强这种潜力的最直接的手段。盐或离子强度的最直接影响(我)是屏蔽这些远距离静电斥力，因为加入屏蔽电解质最明显的效果是抑制德拜长度，κ^－1，或筛选常数。

该参数通常被称为双层厚度，直接调节静电影响衰退或衰减的距离，因为存在移动电荷载体或存在的小离子。对于1：1电解质，在哪里一世= c_S.，这可以通过应用以下表达式来确定：

κ^－1=[ϵ_O.εk._B.t /（2n_一种E.²C_S.)]^1／2

其中κ.^－1是德比筛分长度。在这个表达式中ε_O.柱一和柱一分别是真空和相对介电常数，k_B.T是以Boltzmann常数表示的热能，E是电子电荷，n_一种是阿伏伽德罗数和c_S.是盐的摩尔浓度。这可以在室温下简化，并直接在盐浓度方面输送：

κ^－1（nm）= 0.301 / c_S.^1／2

这允许计算作为表面分离元素的屏蔽静电，H．对于给定的离子强度，静电势的衰减可由下面估计，其中Ψ_O.是表面电位，k是德拜长度的倒数(k^－1)：

Ψ(h) =Ψ_O.EXP（-KH）

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离子强度直接调节静电方法可以增加颗粒稳定性的距离。

在最小的盐浓度下，静电排斥持续数十纳米，对于盐浓度<1mm表示显而易见。在50 mm的盐浓度上，静电有超过几个短的范围，在大于几nm的分离时几乎完全脱落。此图开始描述离子强度对胶体稳定性的影响，但却只是侧重于这种相互作用的排斥元素。为了完全理解这一点，还必须考虑有吸引力的互动。

理解胶体颗粒稳定性的最常发生的理论框架是Derjaguin-Landau-Verwey-Verwey-verwey-verwey-ovebeek理论（DLVO）。yabo214DLVO建立胶体稳定性，作为van der WaaS力和筛选静电（偶尔称为双层力）的总和。相互作用电位的形式复杂化;然而，在低离子强度下，远程排斥是最占主导地位的。相比之下，在高离子强度下，几乎每个远程静电被筛选，因此，潜在的潜在占主导地位的有吸引力的元素。当有吸引力的相互作用主导地位时，颗粒可以更接近并且具有更强的粘附概率。yabo214

盐在筛选颗粒间相互作用方面的作用

少量的盐可以对可以感觉到排斥粒子-粒子相互作用的空间产生很大的影响。因此，在准备样品时，它是至关重要的DLS.或者对于离子强度保持恒定的Zeta电位测量。对于样品具有高效的离子强度<< 0.1mm，即使在不用加入的盐的制备时也是罕见的。商业制造的粉末通常由残留的盐和缓冲液组成。在整个pH调节过程中酸或碱的中和也可以增加背景离子强度。在实践中，在低盐工作时精确控制溶解离子的总浓度非常具有挑战性。

对于DLS测量，具有管理离子强度的能力至关重要，特别是在进行连续稀释时，其中可变离子强度可以经常产生对粒度的表观浓度依赖性。虽然高盐，但虽然很丰富，但是主观的。他们的定义在纪律上有所不同。

什么是典型的盐浓度？

在生物技术中，经常通过在磷酸盐缓冲盐水（PBS）中稀释的离子强度，其应近似生物盐和pH，在缓冲液的精确结构上产生120-155mm之间的离子强度。通常在纯蒸yabo214馏水中重新悬浮纳米颗粒，如前所述，与零离子强度不同，除了吸附大气的CO的吸附之外，还可以通过痕量盐容易地改变。₂形成碳酸。进一步的极端是溢油，在那里，在接近盐水（> 1M）或盐水状条件的接近盐水纤维素之间的相互作用是正常的，接近简单盐的溶解度极限。

案例研究

现在通过高电荷的半柔性聚电解质钠聚苯乙烯磺酸钠（湿疹）测量盐效应。水湿是一种阴离子或带负电的合成聚合物，具有大但不变的线性充电密度。下面分析的样品是一种商业聚合物，其分子量为1MDA。

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在三种不同离子强度下制备的高分子量NaPSS的尺寸分布。没有添加盐(红色)，单体间的斥力不能被屏蔽，通常缩合的线圈状聚合物(黑色和紫色)伸展成一种坚硬的细长结构，接近聚合物链的物理长度。在较高的盐浓度下，这种影响就会受到抑制。

颗粒间相互作用和聚电解质

在分子表面上有很多方法可以使所有人变得较低，因为由于电荷排斥而接近极高的电荷密度。在热力学上，它使得在电解质或其他移动电荷载体附近变得更简单，因为这些离子减少了向已经充电的表面增加了进一步充电的能量损失。通过自发地最大化表面对表面分离，并且可以在结构上可在结构上重新排序，可以通过自发地最大化面对表面分离和柔性聚合物来减少柔性聚合物以减yabo214少内部排斥。这些长链电解质在最小盐浓度下失去了半紧凑的线圈状结构，从而产生棒状延长结构。

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测量是在恒定C下进行的_P.= 2 g/L的NaPSS作为离子强度的函数，由加入1:1的电解质NaCl定义。在低盐条件下，聚合物链的明显尺寸会迅速增大，因为NaPSS变得越来越不灵活，越来越像棒状。注意，这个数据是线性的，用德拜长度，k表示^－1．

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聚电解质，特别是那些稳定的、不可滴定的电荷，在低盐或无盐的极限下变得像棒状，因为侧链之间内部发生的排斥。在低盐时，这种灵活性的减弱在分子的大小上表现得最为明显。以最小离子力量，通常紧凑的柔性聚合物开始固化，因此，尺寸测量显示其纵向尺寸，比其组平均尺寸更明显。由于盐对聚电解质尺寸的影响可以简单地用DLS测量显示。聚电解质的刚性程度与带电单体能遭遇静电斥力的长度尺度是极成正比的。

概括

远程排斥和短距离吸引之间的平衡被称为胶体稳定性。

• 这些静电相互作用可以通过加盐直接调节。
• 远程排斥归因于静电，有时称为双层力。
• DLVO为估算第一原理的胶体稳定性提供了良好的理论依据。
• 短程吸引力来自van der Waals力量。

离子强度与溶液中小离子的强度明确相关。

• 高盐有很多定义，其后果是行业依赖。
• 这对于简单的单价盐很容易，并且可以更多地参与复杂的盐或其他种类的小离子，缓冲剂和带电的小分子。
• 高盐有效屏蔽远程排斥静电。

对可适应的带电分子的DLS测量显示了这一原理。

• 柔韧的聚电解质在低盐时呈棒状。

离子强度的影响对于柔性电解质等柔性带电分子而言是基本的，但对于不同种类的带电表面，与更常规的胶体颗粒的柔性带电的表面不太关键。yabo214因此，该特性对胶体稳定性具有重要意义，并且在准备光散射样品时必须考虑。

参考

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• Tadmor, R.， Hernandez-Zapata, E.， Chen, N.， Pincus, P. and israel, J.N.， 2002。聚电解质溶液中的德拜长度和双层力。大分子那35.（6），PP.2380-2388。
• 林，M.Y，林赛，H.，韦茨，地检，鲍尔，r.c.，克莱因，R.和米金，P.， 1989。胶体聚集的普遍性。自然那339.（6223），p.360。
• Derjaguin，B.v.，Rabinovich，Y.I。和Churaev，N.V.，1978年。直接测量分子力。自然那272.（5651），p.313。
• Verwey，E.J.W.，Overbeek，J.T.G。和van nes，K.，1948年。脱液体胶体稳定性理论：溶胶颗粒具有电双层的相互作用yabo214．elestwier出版公司。

这些信息来源于布鲁克海文仪器公司提供的资料。亚博网站下载

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