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什么是德拜屏蔽？為什么要知道德拜長度？
閱讀：3626發(fā)布時間：2022-4-13
在膠體體系中，顆粒間的運動和力通常受相鄰顆粒的電荷影響。當(dāng)我們測量zeta電位時，顆粒的有效電荷的測定才是真正要探討的問題。換言之：zeta電位是衡量一個顆粒/分子的電荷是如何影響另一個顆粒/分子的運動的。全電位描述了（探針）顆粒受電荷影響的程度，作為距離的函數(shù)，它當(dāng)然會隨著距離的變化而變化：當(dāng)一個帶正電的探針顆粒靠近另一個帶正電的顆粒時，它會非常“注意"另一個帶正電的顆粒的電荷——然而，當(dāng)它離另一個粒子較遠(yuǎn)時，它不會太“注意"它。物理學(xué)將其描述為靜電勢隨1/r（或探針與顆粒之間距離）的變化而下降。
當(dāng)樣品通過在分散液中添加額外的離子而改變時，如鹽NaCl的存在，會發(fā)生一個有趣的效果，鹽的離子（也會有正的[Na+]和負(fù)的[Cl-]離子）會在帶正電荷的顆粒周圍排列。當(dāng)存在大量鹽時，許多離子將傾向于在顆粒周圍形成一團(tuán)離子，這將產(chǎn)生屏蔽或減弱顆粒凈電荷的凈效應(yīng)。這種效應(yīng)以德拜命名，這種屏蔽的一個特征長度量度稱作德拜長度，它是與靜電力顯著減?。ǖ?/span>1/e）的顆粒的距離。高濃度鹽的緩沖液或溶液的德拜長度很小，只有少量額外離子的溶液的德拜長度很長。
對于25℃水溶液中的單價離子，Debye-Hückel德拜長度1/ｋ以納米為單位（最終可從DLVO理論推導(dǎo)）。作為水緩沖液中典型德拜長度的一個例子。
100mM的鹽：~1nm德拜長度
10mM的鹽：~3nm德拜長度
1mM的鹽：~10nm德拜長度
德拜屏蔽與zeta電位
因為離子對靜電勢的影響，這種影響在zeta電位的測量中可以觀察到。Zeta電位測量是一種測量在膠體雙電層滑動面上靜電勢影響強度的方法。當(dāng)向膠體樣品中加入更多的離子時，有效zeta電位將降低，因為它被Debye-Hückel屏蔽云中的反離子所“屏蔽"。當(dāng)減少樣品中離子的存在時，情況正好相反：電荷現(xiàn)在到達(dá)更遠(yuǎn)的地方，其凈效應(yīng)更強，從而產(chǎn)生更強的zeta電位。
在不同離子強度的硝酸鋰LiNO3中制備的氧化鋁顆粒數(shù)據(jù)中可以觀察到這種效應(yīng)：較低的鹽濃度顯示出較強的zeta電位，而較高的鹽濃度抑制了觀測值，使zeta電位更接近于零。
德拜長度和價態(tài)
離子的價態(tài)Z對德拜長度有影響：價態(tài)越大，德拜長度越小，即離子屏蔽靜電力的效率越高。有趣的是，當(dāng)進(jìn)行電解質(zhì)聚沉?xí)r，且“目標(biāo)"zeta電位接近于零時，具有較大價態(tài)的離子能夠更早地影響聚沉，即聚沉發(fā)生在較低濃度下。
多價態(tài)離子尤其重要。它們對表面電荷屏蔽的影響與反離子價態(tài)有關(guān)。二價反離子的聚沉濃度平均比一價離子低100倍左右，三價離子的聚沉濃度平均比一價離子低1000倍左右。這被稱為Schulze-Hardy法則，是對在水處理廠中使用鋁[Al3+]或鐵[Fe3+]離子導(dǎo)致具有負(fù)zeta電位的顆粒聚沉的解釋。
因此，鹽或其他離子的存在對膠體樣品中的靜電力的到達(dá)有很大的影響。
美國分散科技公司（DTI）專注于非均相體系表征的科學(xué)儀器業(yè)務(wù)。 DTI開發(fā)的基于超聲法原理的儀器主要應(yīng)用于在原濃的分散體系中表征粒徑分布、 zeta電位、流變學(xué)、固體含量、孔隙率，包括CMP漿料，納米分散體，陶瓷漿料，電池漿料，水泥家族，藥物乳劑等，并可應(yīng)用于多孔固體。
除了zeta電位和電導(dǎo)率測定外，還能同時給出膠體顆粒的德拜長度、杜坎數(shù)和表面電荷密度等微觀電學(xué)性質(zhì)信息。
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