2020-06-16
叁种zeta电位分析仪器表征纸浆材料的对比
——滴定和粒度范围Stabino II ®都表现优良
纸浆是一种纤维材料，来自于化合物分解或者木材或植物纤维的机械分离。纸浆是造纸行业重要的原材料。典型的光学显微镜下的植物纤维见图1。
图1：纸浆中典型纤维的光学图像(Courtesy to TU Graz.Prof.W.Bauer)
Zeta电位测试带电表面间的相互作用
在造纸行业，Zeta电位是了解阳离子保留液，固定剂和带阴离子电荷的纤维表面相互作用的重要指标。被破坏的物质比如木质素磺酸盐，会在造纸机械的水体系中和昂贵的带阳离子固定或者保留液作用，从而产生沉淀（凝聚）。
Zeta电位的测试可以提供一个有效的分析数据，可以更好地洞悉和理解纤维加工完成后复杂的胶体机理。
表征的技术
图2：Particle Metrix颗粒表征系统
Stabino II ®是流动zeta电势滴定系统，来自德国胶体公司（Colloild Metrix GmbH），可以提供快速电信号响应，用于研究zeta电位变化。它非常适用于快速滴定。大部分样品可以在原始浓度下直接测试。
Zetaview®是基于在激光散射显微视频中单个颗粒的跟踪，适用的浓度范围为105到109个粒子/ml。因为它基于微量电泳的基本原理，所以可以用于校正其他仪器的粒度和zeta电位，此款仪器来自于德国PMX公司（Particle Metrix GmbH）。
Stabino II ®颗粒电位滴定系统和Zetaview®颗粒跟踪系统(PTA)都是设计可用于高的样品处理量。
为了对比的目的，第叁种测量系统，德国某公司的某型号电位仪也被用来测试zeta电位。该系统的zeta电位测试的是悬浮在水中的固体材料的表面电荷，相应的zeta电位测试是基于样品材料自动柱塞运动所形成的流动电势。这些测试由Wolfgang Bauer教授的团队，在Graz University of Technology的造纸纸浆和纤维技术学院完成。
样品介绍
样品1：软木漂白牛皮纸浆(细)，primary fines
样品2：软木漂白牛皮纸浆(细)，primary fines，阳离子共价改性
样品3：软木未漂白牛皮纸浆(细) primary fines 1
样品4：PGW细的未漂白的
样品5：PGW细的未漂白的，阳离子共价改性
样品6：软木未漂白牛皮纸浆(细)，primary fines 2
样品7：Hardwood (Euka)漂白牛皮纸浆(细)，primary + secondary fines
备注：硫酸盐制浆法是一种将木材转化成木质纸浆的工艺，几乎包含了所有纯纤维素纤维。
结果
使用Stabino II ®测试了7种样品的zeta电位。样品都是按1:10稀释的。图3显示了样品1和样品5的Zeta电位结果。
图3：Stabino II ®的测试结果，样品1（红色）和样品5（蓝色），样品稀释1：10
对于颗粒跟踪系统（PTA）－Zetaview®（PTA-ZP），样品都用去离子水稀释1000倍，用来调节样品的浓度。一张典型的PTA图像（图4左边）显示了大小不同颗粒的存在，这与图1的显微镜结果一致，说明样品制备是有代表性的。Zetaview®测试的zeta电位分辨率很高。
图4：具有zeta电位功能的颗粒跟踪系统（PTA-ZP）Zetaview®所得到的图像（左边）和高分辨的zeta电位分布(右边)
表1和图5显示了Stabino II ®，Zetaview®和某型号测试的zeta电位。
表1：Stabino II ®，Zetaview®和某型号的测试结果总览
图5：Stabino II ®，Zetaview® 和某型号的测试结果的对比
Stabino II ®和Zetaview® 的结果显示出较小的差异。总的来说，结果都显示了比较好的一致性。通过Stabino II ®，还可以进行聚电解质，PH和电导率滴定。
图6显示了样品1和5的滴定。样品1是带阴离子的，因此用0.0025N阳离子的P-DADMAC滴定。滴至电位为0的点(ZPC)。样品5为带阳离子材料，因此用PVS滴至ZPC。
图6：Stabino II ®zeta电位滴定，3g/l和6g/l的纸浆，TU-Graz，滴定剂：固定试剂
结论
叁种仪器间的zeta电位测试结果的对比很好。Stabino II ®和 某型号都有在原始浓度下测试的可能性。Stabino II ®的突出优点也是显而易见的。它可以测试很宽的粒度范围，而且可以做滴定。它可以测试的样品粒度范围极宽，从大分子和胶体纳米颗粒，到亚毫米级的纤维和大颗粒。此外，Stabino II ®还可以对不同尺度的颗粒提供聚电解质，PH和盐溶液的自动滴定。
Stabino II ®是通用的多参数电位滴定系统。如用户所述，其操作也非常容易。
致谢
我们在此感谢TU Graz，造纸纸浆和纤维技术学院的Wolfgang Bauer and Mrs Mayr教授，为我们提供了样品以及某型号的测试。
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