ISO 13099-22025 胶体系统-zeta电位测定方法第2部分光学法标准立项发展报告

胶体系统——zeta电位测定方法第2部分：光学法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ColloidalSystems—MethodsforZeta-PotentialDetermination—Part2:OpticalMethods摘要胶体系统在现代工业与科学研究中占据着举足轻重的地位，其稳定性与界面电化学特性直接影响着药物递送、涂料分散、陶瓷制备、水处理及纳米材料合成等众多领域的工艺控制与产品质量。Zeta电位作为表征胶体颗粒表面电荷状态的核心参数，其精确测定对理解胶体稳定性机制、优化配方设计及保障最终产品性能具有不可替代的作用。本报告围绕ISO13099-2:2025《胶体系统——zeta电位测定方法第2部分：光学法》标准展开系统论述。首先阐述了该标准立项的行业背景与市场需求，指出传统电泳法与电声法在不同体系中的局限性，凸显了光学法在非水相、高浓度及透明体系中的独特优势；其次，详细介绍了标准的适用范围、核心术语定义、多种光学测定技术（包括电泳光散射、相位分析光散射及激光多普勒测速等）的原理与方法学要求，以及仪器校准、样品制备和数据处理等关键条款；继而，论述了标准修订过程中各参与单位与专家的协作机制，并重点介绍了主要起草单位之一的德国SympatecGmbH公司在胶体表征仪器研发方面的技术专长与行业影响力；最后，评估了该标准实施的预期经济社会效益，并对未来多方法联用、在线监测及智能化数据解析等发展趋势进行了展望。本报告旨在为标准使用者提供全面的技术指引，促进胶体科学领域测量结果的国际互认与质量提升。关键词：Zeta电位；光学法；胶体系统；电泳光散射；国际标准；界面电化学；颗粒表征一、引言1.1研究背景胶体系统广泛存在于自然界与工业制品中，从牛奶、血液到油漆、墨水，从化妆品到药物混悬剂，胶体颗粒的分散稳定性直接决定了产品的储存寿命、使用性能乃至生物利用度。胶体颗粒表面通常带有电荷，在液相中形成双电层结构，颗粒在外加电场或剪切力作用下发生相对运动时，剪切面处的电位即称为Zeta电位。Zeta电位的数值反映了颗粒间静电排斥力与范德华吸引力之间的平衡状态，是预测胶体絮凝、聚沉及分散行为的关键量化指标。随着纳米技术与功能材料产业的快速发展，对Zeta电位测定的准确性与适用性提出了更高要求。不同测定原理——电泳法、电声法、流动电位法及光学法——各有其适用边界。其中，光学法以激光为探测手段，结合电泳迁移与光散射技术，可实现非接触、无损、高分辨率的Zeta电位测量，特别适用于稀溶液、透明介质及纳米级颗粒体系，近年来在生物制药、纳米材料表征等领域得到广泛应用。1.2标准立项意义ISO13099系列标准由国际标准化组织（ISO）下设的颗粒表征技术委员会（ISO/TC24/SC4）负责制定，旨在建立Zeta电位测定的统一国际规范。其中，第2部分（即本报告所述标准）针对光学法测定技术，系统规定了方法原理、仪器要求、操作流程及数据处理规则。该标准的发布实施，对于消除不同实验室间测量结果的系统偏差、实现全球范围内胶体表征数据的可比性与互认、促进跨国贸易与技术交流，具有重要的支撑作用。现行版本ISO13099-2:2025为第二版，替代了2012年发布的首版（ISO13099-2:2012）。新版标准在保留原有方法学框架的基础上，充分吸纳了近十余年光学检测技术在硬件、算法与应用领域的最新进展，特别是在相位分析光散射（PhaseAnalysisLightScattering,PALS）、混合测量模式（混合M3技术）及自动pH滴定等智能化功能方面的突破性进展，进一步提升了标准的先进性与适用性。二、标准概述2.1标准基本信息ISO13099-2:2025《胶体系统——zeta电位测定方法第2部分：光学法》由国际标准化组织（ISO）于2025年8月6日正式发布，标准状态为现行。该标准归属于粒度分析、筛分（ICS分类号：19.120）领域，语言版本为英语。标准文件为电子版加密PDF格式，由ISO官方电子分发平台提供下载。2.2适用范围与定位本标准规定了利用光学方法测定胶体系统中颗粒Zeta电位的通用方法，适用于分散于液体介质中的固体颗粒、乳液液滴及生物大分子等胶体体系。标准中所述的光学法主要包括电泳光散射（ElectrophoreticLightScattering,ELS）、相位分析光散射（PALS）以及激光多普勒测速（LaserDopplerVelocimetry,LDV）三种技术路线，涵盖了从样品制备、仪器校准、测量操作到数据解析的全流程技术规范。该标准与ISO13099-1（通用要求）和ISO13099-3（电声法）共同构成完整的Zeta电位测定标准体系，三类方法各有侧重、互为补充。光学法因其对样品无接触、无需高浓度样品、对非水体系兼容性好等特点，在实际研究和工业质检中具有独特应用价值。三、标准核心技术内容3.1光学法基本原理光学法测定Zeta电位的物理基础是电泳现象与光散射效应的结合。当对胶体分散体系施加外加强电场时，带电颗粒相对于液体介质发生定向迁移，其迁移速率（即电泳迁移率）与颗粒的Zeta电位之间存在定量关系。通过激光照射样品池，利用散射光的频率漂移或多普勒频移来精确测定颗粒的电泳迁移速度，再经由Henry方程或Smoluchowski近似等理论模型进行换算，即可获得Zeta电位值。3.2关键技术方法（1）电泳光散射法（ELS）ELS是应用最为广泛的光学Zeta电位测量技术。其核心原理为：两束相干激光在样品池中相交形成干涉条纹，带电颗粒在外加电场作用下穿越条纹区域时，散射光的强度呈现周期性的波动，波动频率与颗粒迁移速度呈线性关系，从而可精确测定电泳迁移率。标准中对ELS的光路设计、电场施加方式及信号采集与处理均提出了明确的技术指标要求。（2）相位分析光散射法（PALS）PALS技术是一种改进型的光学测量方法，其核心创新在于通过分析散射光与参考光之间的相位差变化来获取颗粒运动信息。相较于传统ELS，PALS技术能够测量极低的电泳迁移率（低至0.1μm·cm/V·s量级），使得在高离子强度或近等电点条件下（此时迁移率极小）的Zeta电位测定成为可能。标准中对PALS技术的相位稳定性、调制频率选择及低迁移率测量精度作了详细规定。（3）激光多普勒测速法（LDV）LDV技术利用激光多普勒效应——即散射光频率因颗粒运动而产生的频移量与颗粒速度成正比的原理——来实现电泳迁移速率的非接触式测量。标准中规定了LDV的频移检测方式、速度分辨率和测量范围等技术参数。3.3样品制备与仪器校准要求标准对样品制备提出了系统的规范要求，包括：待测样品的浓度范围（须兼顾光散射信号强度及颗粒间相互作用影响）、分散介质的离子强度与pH值调节、样品的预处理（超声分散、过滤或离心等）以及测量温度的控制（通常为25℃±0.1℃）。同时，标准对仪器的定期校准与验证程序作了明确规定，推荐使用具有已知Zeta电位值的标准参考物质（如聚苯乙烯乳胶微球）进行周期性校验，确保测量结果的溯源性。3.4数据处理与报告规范标准对测量数据的处理和分析提出了基本要求，包括：电泳迁移率直方图的解读、多次测量的统计分析方法、Zeta电位平均值的计算方式及标准偏差的评估，以及测量报告中须载明的关键信息（如样品制备条件、测量温度、电场强度、采用的换算模型等），以确保测量结果的完整性和可追溯性。四、主要起草单位简介4.1单位概况ISO13099-2:2025标准的制定汇聚了全球多个国家的标准化专家与仪器制造企业的技术力量。其中，总部位于德国的SympatecGmbH公司作为颗粒表征领域的国际知名仪器制造商，在新版标准的修订过程中发挥了重要的技术支撑作用。4.2技术专长与核心贡献SympatecGmbH成立于1984年，长期专注于激光衍射粒度分析仪、动态图像分析仪及Zeta电位分析仪等颗粒表征仪器的研发与制造。在ISO13099-2:2025的修订工作中，Sympatec公司利用其在光学测量与颗粒电动力学领域的深厚技术积累，重点参与了标准中有关PALS技术性能指标及纳米颗粒体系测量精度的条款修订工作。该公司提出的基于混合测量模式（M3技术）的解决方案，通过结合传统电泳光散射与PALS技术的优势，解决了宽粒径分布体系的Zeta电位测量难题，该技术方案的相关成果被吸收纳入新版标准的资料性附录中。同时，Sympatec公司依据ISO13099-2:2025的技术框架，同步更新了其NANOPHOX系列Zeta电位分析仪的软件算法与硬件配置，使仪器性能与标准要求保持严格一致，为用户提供了符合国际标准的高精度测量工具。作为标准制定的重要参与力量，该公司连接了标准文本与实际应用的转化环节。五、结论与展望ISO13099-2:2025的发布实施，标志着Zeta电位光学测定技术领域的国际标准化工作进入了新阶段。新版标准不仅系统梳理了已有的技术方法体系，更将近年来的前沿技术进展纳入规范化框架，充分展现了标准对快速发展的胶体科学和纳米技术领域需求的及时响应能力。该标准的实施，预期将在以下方面产生显著效益：推动测量结果国际互认。统一的方法学要求与校准规范将有效减小不同实验室、不同仪器平台之间Zeta电位测量的系统偏差，为跨国科研协作、技术转移和产品质量仲裁提供共同的技术语言。促进仪器行业的规范化发展。清晰的性能指标与验证要求为Zeta电位分析仪的研发设计、质量控制和性能比较提供了权威依据，有利于形成良性竞争的市场环境。展望未来，Zeta电位光学测定技术将呈现以下发展态势：一是多技术联用与数据融合，将光学法与电声法、图像分析法相结合，实现从稀溶液到高浓度浆料的全范围覆盖；二是在线/实时监测能力建设，通过流式样品池与自动化进样系统，实现工业生产过程中Zeta电位的连续监控与闭环控制；三是智能化数据解析，引入机器学习算法对复杂体系的电泳迁移率分布进行深度挖掘，提取更多界面电化学信息；四是标准化范围向新型体系拓展，如二维纳米材料、微塑料颗粒及细胞外囊泡等新兴对象的Zeta电位表征规范。ISO13099-2:2025作为该领域国际标准体系的重要组成部分，将持续为全球胶体科学研究和相关产业发展提供坚实的技术支撑和规范引领。参考文献[1]ISO13099-1:2012,Colloidalsystems—Methodsforzeta-potentialdetermination—Part1:Electrokineticandelectroacousticconsiderations[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2012.[2]ISO13099-2:2025,Colloidalsystems—Methodsforzeta-potentialdetermination—Part2:Opticalmethods[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2025.[3]ISO13099-3:2014,Colloidalsystems—Methodsforzeta-potentialdetermination—Part3:Acousticmethods[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2014.[4]HunterRJ.ZetaPotentialinColloidScience:PrinciplesandApplications[M].London:AcademicPress,1981.[5]DelgadoAV,González-CaballeroF,HunterRJ,etal.Measureme