本發(fā)明屬于納米技術(shù)、材料科學(xué)及表面化學(xué)，具體涉及一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、納米顆粒表面電荷是評(píng)估膠體分散穩(wěn)定性和相互作用的重要指標(biāo)，也是化工、物理、材料、環(huán)境和生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的重要理化參數(shù)之一。納米顆粒的表面電荷性質(zhì)不僅影響顆粒之間的相互作用，還會(huì)影響它們與周?chē)橘|(zhì)或其他物質(zhì)之間的相互作用。目前，常通過(guò)檢測(cè)納米顆粒的zeta電位(ζ-電位或ζ-電勢(shì))衡量顆粒之間的相互排斥或吸引力。通過(guò)對(duì)zeta電位的測(cè)量，能夠了解納米顆粒的分散性、表面電荷以及界面反應(yīng)過(guò)程等。這種性質(zhì)的變化在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中具有重要意義，例如在化妝品配方設(shè)計(jì)中，通過(guò)調(diào)節(jié)顆粒表面電荷可以優(yōu)化納米顆粒的分散性，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和性能；在3d打印材料的開(kāi)發(fā)中，顆粒表面電荷的控制有助于改善打印精度和材料性能；在選礦工業(yè)中，顆粒表面電荷用于調(diào)節(jié)顆粒在浮選過(guò)程中的行為，以提高礦物回收率。此外，顆粒表面電荷的研究在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域(如藥物遞送和成像技術(shù))、材料制備(如涂層和復(fù)合材料)以及環(huán)境檢測(cè)(如水質(zhì)監(jiān)測(cè)和污染物去除)等方面也具有重要的應(yīng)用。

2、目前，常用的納米顆粒表面電荷的檢測(cè)方法主要包括電泳光散射法、流動(dòng)電位法、超聲電聲法和微電泳法等。這些方法雖然應(yīng)用廣泛，但往往依賴(lài)于特定且價(jià)格昂貴的儀器設(shè)備，檢測(cè)成本高，并且在實(shí)際操作中可能面臨較大的測(cè)量誤差和不確定性?；诖?，開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)便、易操作、無(wú)需復(fù)雜設(shè)備且具有較高精度的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，具有重要的科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，無(wú)需復(fù)雜的儀器設(shè)備，具有便攜性和高靈敏度的特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確測(cè)量納米顆粒的表面電荷性質(zhì)，解決了上述背景技術(shù)中檢測(cè)分析方法及儀器設(shè)備價(jià)格昂貴、實(shí)驗(yàn)方法成本高的問(wèn)題。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供了一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，通過(guò)離子型表面活性劑溶液完全浸潤(rùn)多孔材料形成液基限域多孔材料，向液基限域多孔材料中加入待測(cè)納米顆粒形成門(mén)控單元；利用液基限域多孔材料內(nèi)離子型表面活性劑與待測(cè)納米顆粒間的靜電相互作用，使輸運(yùn)流體通過(guò)門(mén)控單元的壓力閾值升高或降低；通過(guò)測(cè)量壓力閾值的變化確定待測(cè)納米顆粒表面電荷性質(zhì)，通過(guò)線性擬合的方法得到待測(cè)納米顆粒的電荷量。

3、可選的，所述離子型表面活性劑溶液包括陽(yáng)離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑、兩性離子型表面活性劑水溶液、響應(yīng)型離子型表面活性劑，濃度范圍為0.1～2cmc(cmc為表面活性劑的臨界膠束濃度)。

4、可選的，所述陽(yáng)離子型表面活性劑包括十六烷基三甲基溴化銨(ctab)，所述陰離子表面活性劑包括十二烷基硫酸鈉(sds)。

5、可選的，所述多孔材料包括尼龍多孔膜、水系混合纖維素膜、聚四氟乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜、多孔玻璃膜、金屬多孔膜中的一種，孔道的孔徑范圍為5～50μm。

6、可選的，所述待測(cè)納米顆粒為親水性納米顆粒，包括二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈰、碳化硅。所述待測(cè)納米顆粒采用極性溶劑作為分散介質(zhì)形成待測(cè)溶液，所述待測(cè)溶液中納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.01～1.0wt.％。納米顆粒形態(tài)包括但不限于球形、棒狀、片狀、立方體等。

7、可選的，所述靜電相互作用包括因接觸界面的物質(zhì)電荷交換而引起表面張力、表面潤(rùn)濕性、表面電荷量、ph值、粘度或組分的變化。

8、可選的，所述輸運(yùn)流體為氣體，包括空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、二氧化碳或一氧化碳?/p>

9、可選的，當(dāng)壓力閾值升高，判斷待測(cè)納米顆粒表面為負(fù)電性，采用線性模型“帶電量＝-21.01(±1.15)△p-6.56(±1.15)”計(jì)算帶負(fù)電量，其中△p為跨膜壓強(qiáng)闕值變化量。當(dāng)壓力閾值降低，判斷待測(cè)納米顆粒表面為正電性，采用線性模型“帶電量＝-61.54(±2.44)△p+2.10(±1.23)”計(jì)算帶正電量，其中△p為跨膜壓強(qiáng)闕值變化量。

10、可選的，采用檢測(cè)系統(tǒng)；所述檢測(cè)系統(tǒng)包括氣體輸入通道、門(mén)控單元、氣體輸出通道和顆粒檢測(cè)單元；所述門(mén)控單元設(shè)置于氣體輸入通道和氣體輸出通道之間，所述門(mén)控單元設(shè)有腔室，所述液基限域多孔材料封裝于所述腔室內(nèi),所述腔室設(shè)有待測(cè)液體注入通道；所述顆粒檢測(cè)單元包括壓力傳感器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，所述壓力傳感器用于收集壓力信息并輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將壓力信息及其變化值轉(zhuǎn)換為納米顆粒表面的電荷信息。

11、可選的，檢測(cè)方法具體包括如下步驟：

12、1)將離子型表面活性劑溶液充分浸潤(rùn)多孔材料的孔道制備液基限域多孔材料，并封裝于腔室內(nèi)；

13、2)將待測(cè)的納米顆粒分散于極性溶劑形成待測(cè)液體，通過(guò)待測(cè)液體注入通道注入腔室內(nèi)，使其在液基限域界面上發(fā)生靜電相互作用；

14、3)從氣體輸入通道通入輸運(yùn)流體，通過(guò)顆粒檢測(cè)單元的壓力傳感器記錄并監(jiān)測(cè)臨界跨膜壓力的變化，同時(shí)利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將壓力闕值變化轉(zhuǎn)換為顆粒表面的電荷信息。

15、可選的，步驟3)中采用恒定流速的氣體通入門(mén)控單元的腔室，逐漸提高氣體的壓強(qiáng)可以使門(mén)控單元打開(kāi)，通過(guò)壓力檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)流體壓力的變化，用線性擬合的方法獲得待測(cè)納米顆粒表面帶電信息。

16、本技術(shù)方案與背景技術(shù)相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

17、(1)本方案利用待測(cè)液體與多孔膜接觸形成的液基限域界面上離子型表面活性劑與納米顆粒之間的靜電相互作用，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)便、低成本且高靈敏度的納米顆粒表面電荷檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)氣體臨界壓力/壓強(qiáng)的變化差別，實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米顆粒表面電荷性質(zhì)差異的準(zhǔn)確測(cè)量。

18、2)本方案對(duì)樣品的需求量極少，可以在納米級(jí)別濃度下進(jìn)行檢測(cè)，成本低廉，且適用于不同種類(lèi)、不同尺寸、不同形態(tài)的納米顆粒，適用范圍廣，可節(jié)約貴重或難以獲得的納米材料。

19、3)本方案相比電泳光散射法和流動(dòng)電位法等依賴(lài)于昂貴和復(fù)雜設(shè)備的傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，其檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，且無(wú)需控制施加高壓電場(chǎng)，有良好的安全性與便攜性，適用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。

技術(shù)特征：

1.一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：通過(guò)離子型表面活性劑溶液完全浸潤(rùn)多孔材料形成液基限域多孔材料，形成門(mén)控單元，向液基限域多孔材料中加入待測(cè)納米顆粒，利用液基限域多孔材料內(nèi)離子型表面活性劑與待測(cè)納米顆粒間的靜電相互作用，使輸運(yùn)流體通過(guò)門(mén)控單元的壓力閾值升高或降低；通過(guò)測(cè)量壓力閾值的變化確定待測(cè)納米顆粒表面電荷性質(zhì)，通過(guò)線性擬合的方法得到待測(cè)納米顆粒的電荷量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：所述離子型表面活性劑溶液包括陽(yáng)離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑、兩性離子型表面活性劑水溶液、響應(yīng)型離子型表面活性劑，濃度范圍為0.1～2cmc。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：所述多孔材料包括尼龍多孔膜、水系混合纖維素膜、聚四氟乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜、多孔玻璃膜、金屬多孔膜中的一種，孔道的孔徑范圍為5～50μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：所述待測(cè)納米顆粒為親水性納米顆粒，包括二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈰、碳化硅。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：所述待測(cè)納米顆粒采用極性溶劑作為分散介質(zhì)形成待測(cè)溶液，所述待測(cè)溶液中納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.01～1.0wt.％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：所述靜電相互作用包括因接觸界面的物質(zhì)電荷交換而引起表面張力、表面潤(rùn)濕性、表面電荷量、ph值、粘度或組分的變化。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：所述輸運(yùn)流體為氣體，包括空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、二氧化碳或一氧化碳?/p>

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：當(dāng)壓力閾值升高，判斷待測(cè)納米顆粒表面為負(fù)電性，采用線性模型“帶電量＝-21.01(±1.15)△p-6.56(±1.15)”計(jì)算帶負(fù)電量，其中△p為跨膜壓強(qiáng)闕值變化量。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：當(dāng)壓力閾值降低，判斷待測(cè)納米顆粒表面為正電性，采用線性模型“帶電量＝-61.54(±2.44)△p+2.10(±1.23)”計(jì)算帶正電量，其中△p為跨膜壓強(qiáng)闕值變化量。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，其特征在于：采用檢測(cè)系統(tǒng)；所述檢測(cè)系統(tǒng)包括氣體輸入通道、門(mén)控單元、氣體輸出通道和顆粒檢測(cè)單元；所述門(mén)控單元設(shè)置于氣體輸入通道和氣體輸出通道之間，所述門(mén)控單元設(shè)有腔室，所述液基限域多孔材料封裝于所述腔室內(nèi),所述腔室設(shè)有待測(cè)液體注入通道；所述顆粒檢測(cè)單元包括壓力傳感器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，所述壓力傳感器用于收集壓力信息并輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將壓力信息及其變化值轉(zhuǎn)換為納米顆粒表面的電荷信息。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于靜電相互作用的納米顆粒表面電荷檢測(cè)方法，該方法通過(guò)離子型表面活性劑溶液完全浸潤(rùn)多孔材料形成液基限域多孔材料，形成門(mén)控單元；向液基限域多孔材料中加入待測(cè)納米顆粒，利用液基限域多孔材料內(nèi)離子型表面活性劑與待測(cè)納米顆粒間的靜電相互作用，使輸運(yùn)流體通過(guò)門(mén)控單元的壓力閾值升高或降低；通過(guò)測(cè)量壓力閾值的變化確定待測(cè)納米顆粒表面電荷性質(zhì)，通過(guò)線性擬合的方法得到待測(cè)納米顆粒的電荷量。該方法無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，具有檢測(cè)便攜性、操作簡(jiǎn)便和高靈敏度的特點(diǎn)，適用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)微量納米顆粒的表面電荷性質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：侯旭,姜懿娜,余詩(shī)潔,周璇,李懷鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門(mén)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6