Zeta电位及分子量分析仪用户手册

Zeta电位及分子量分析仪用户手册一、仪器概述Zeta电位及分子量分析仪是集胶体表面电荷表征与高分子分子量测定于一体的多功能分析设备，广泛应用于生物制药、材料科学、环境监测等领域。仪器整合了电泳光散射（ELS）、凝胶渗透色谱（GPC）及多角度激光光散射（MALS）等技术，可同步提供Zeta电位、分子量分布、粒径大小等关键参数，为胶体稳定性研究、高分子材料开发及质量控制提供全面数据支持。二、技术原理2.1Zeta电位分析原理Zeta电位是指胶体粒子滑动面（SlippingPlane）上的有效表面电势，是表征颗粒间静电排斥力的核心参数。其测量基于电泳光散射技术，原理如下：双电层结构：带电颗粒表面吸引相反电荷离子形成双电层，内层为紧密吸附的Stern层，外层为扩散分布的反离子层，Zeta电位位于两层交界处。电泳迁移：样品注入测量池后，施加直流/交流电场，带电颗粒向相反电极移动（电泳现象），其运动速度与Zeta电位正相关。激光多普勒测速：通过激光照射运动颗粒，利用散射光的多普勒频移计算电泳迁移率，再通过亨利方程（结合斯莫鲁霍夫斯基模型或亨里克模型）转换为Zeta电位值。2.2分子量分析原理分子量测定主要基于凝胶渗透色谱（GPC）与光散射法，两种技术原理互补：凝胶渗透色谱（GPC）：利用多孔凝胶填料的分子筛效应，大分子因无法进入凝胶孔隙而快速洗脱，小分子则滞留较久，按分子量从大到小分离。通过标样建立“分子量-洗脱体积”校准曲线，结合示差折光检测器（RID）或紫外检测器（UV）计算样品分子量及分布（如Mw、Mn、PDI）。多角度激光光散射（MALS）：无需标样校准，直接测量散射光强度与角度的关系，通过瑞利公式计算重均分子量（Mw），适用于未知结构高分子或非理想溶液体系。三、主要技术参数3.1Zeta电位分析模块参数项规格范围Zeta电位测量范围±500mV（部分机型达±1000mV）粒径检测范围1nm–10μm样品浓度适应范围0.001%–60%（取决于技术，如电声法支持高浓度样品）温度控制范围-5℃–110℃（精度±0.1℃）pH自动滴定范围1–14（分辨率0.1pH）单次测量时间2–5分钟3.2分子量分析模块参数项规格范围分子量测量范围100–10⁷Da（GPC）；10³–10⁹Da（MALS）色谱柱兼容性有机相/水相凝胶柱（孔径10–1000Å）流速范围0.1–5.0mL/min（精度±0.5%）检测器类型示差折光检测器（RID）、紫外检测器（UV）、MALS检测器多分散指数（PDI）分辨率≤0.01四、操作流程4.1Zeta电位测量流程4.1.1样品制备分散介质选择：根据样品特性选用水、缓冲液或有机溶剂（如乙醇、DMF），确保介质电导率与pH值稳定。浓度调整：通过稀释或浓缩控制样品浓度（推荐0.01%–1%），避免颗粒团聚或多重散射干扰。预处理：使用0.22μm滤膜过滤去除杂质，超声分散（功率30–50W，时间1–5分钟）以消除气泡。4.1.2仪器操作开机预热：打开主机及软件，预热30分钟，确保激光光源与温控系统稳定。测量池安装：将样品注入石英毛细管池（避免指纹污染），插入电极槽并旋紧固定。参数设置：选择测量模式（常规/高浓度/低电导率）；设置温度（如25℃）、pH值（自动滴定需加载滴定液）；设定测量次数（3–5次，取平均值以降低误差）。数据采集：启动测量后，仪器自动施加电场并记录散射光频移，软件实时显示电泳迁移率曲线。结果计算：系统自动应用斯莫鲁霍夫斯基模型计算Zeta电位，生成包含平均值、标准偏差及分布直方图的报告。4.2分子量测量流程（GPC-MALS联用）4.2.1样品制备溶解样品：将高分子样品溶于流动相（如THF、水相缓冲液），浓度5–10mg/mL，磁力搅拌2小时至完全溶解。脱气与过滤：超声脱气10分钟，经0.45μm滤膜过滤至进样瓶。4.2.2仪器操作系统平衡：启动GPC泵，以1.0mL/min流速通入流动相，平衡色谱柱2小时，直至基线稳定。校准与验证：注入分子量标样（如聚苯乙烯、葡聚糖），绘制校准曲线（logMwvs洗脱体积）；验证MALS检测器光斑对准及信号强度（推荐散射光强度>1000kcps）。进样分析：进样体积10–100μL，设置柱温箱温度（如30℃）；同步启动RID与MALS检测器，记录洗脱曲线与散射光信号。数据分析：GPC模块通过校准曲线计算Mn、Mw、PDI；MALS模块直接输出绝对分子量，校正GPC结果偏差（尤其适用于支化或共聚物样品）。五、应用领域5.1生物制药蛋白制剂稳定性：通过Zeta电位评估抗体药物的聚集倾向（如pH=7.4时Zeta电位绝对值>30mV表示稳定性良好）。纳米载药系统：测定脂质体、纳米粒的Zeta电位（推荐范围-20mV~-30mV）及分子量分布，优化包封率与体内递送效率。5.2材料科学涂料与油墨：调控颜料颗粒Zeta电位至±40mV以上，防止沉降与结块；通过GPC监测树脂分子量分布，确保成膜性能。陶瓷浆料：测量浆料Zeta电位（如Al₂O₃颗粒在pH=9时电位达-50mV），指导分散剂用量以提高流变性。5.3环境监测水处理絮凝：通过Zeta电位滴定确定最佳絮凝剂投加量（如将污泥颗粒电位从-25mV调节至0mV附近，实现高效沉降）。微塑料分析：联用GPC与MALS测定环境样品中微塑料的分子量分布，评估其生物累积风险。5.4食品与日化乳液稳定性：测定牛奶、化妆品乳液的Zeta电位（如乳液滴电位<-30mV可抑制分层）；多糖分子量控制：通过GPC分析淀粉、纤维素的降解程度，优化食品质构与保质期。六、注意事项6.1样品制备注意事项避免气泡：样品超声后需静置5分钟，或离心（3000rpm，2分钟）去除气泡，否则会干扰光散射信号。浓度适配：高浓度样品（如>10%）需采用电声法Zeta电位模块，避免传统电泳法中的多重散射误差。溶剂兼容性：GPC色谱柱需匹配流动相（如有机相柱禁用含水溶剂），否则会导致填料溶胀或塌陷。6.2仪器操作注意事项测量池维护：石英池使用后立即用纯水或乙醇冲洗，避免残留样品结晶；污染严重时可用10%硝酸浸泡30分钟。电场强度设置：低电导率样品（如有机溶剂体系）需降低电场强度（<10V/cm），防止电解效应产生气泡。色谱柱保护：实验结束后用纯溶剂冲洗色谱柱30分钟，防止缓冲盐结晶堵塞孔隙；长期不用时需存储于纯甲醇中。6.3数据可靠性保障温度控制：环境温度波动需<±1℃，否则会影响介质粘度与电导率，导致Zeta电位测量误差（温度每变化1℃，误差约±2mV）。标样校准：每3个月用标准Zeta电位溶液（如-50mV聚苯乙烯微球）验证仪器精度；GPC标样需在有效期内使用（通常冷藏保存）。异常数据处理：若Zeta电位结果波动>±5mV，需检查样品是否团聚或电极是否污染；分子量分布异常时，优先排查色谱柱是否堵塞或流动相是否变质。七、常见故障排除故障现象可能原因解决方法Zeta电位测量信号弱样品浓度过低或激光对准偏差提高样品浓度至0.1%；重新校准光路GPC基线漂移流动相未脱气或柱温不稳定超声脱气20分钟；启用柱温箱恒温MALS信号异常（无峰）样品分子量过小（<1000Da）更换小孔径色谱柱或联用RID检测器测量池漏电报警电极污染或缓冲液电导率过高用无水乙醇擦拭电极；稀释样品至电导率<1000μS/cm八、维护与