GB/T 24369.3-2017 金纳米棒表征 第3部分：表面电荷密度测量方法

ICS17.220.20

N04OB

中华人民共和国国家标准

GB/T24369.3—2017

金纳米棒表征

第3部分：表面电荷密度测量方法

Characterizationofgolnanorods—

Part3:Measurementmethoofsurfacechargedensity

2017-07-31发布2018-02-01实施

发布

GB/T24369.3—2017

目次

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引言n

i范围i

2规范性引用文件1

3术语和定义1

4原理2

5仪器3

6测试样品前处理3

7测量步骤3

8德拜长度计算3

9表面电荷密度计算4

10测量结果4

附录A（资料性附录）金纳米棒表面电荷密度计算实例5

附录E（资料性附录）金纳米棒长径比和浓度对zeta电位的影响7

附录C（资料性附录）表面电荷密度测试报告格式10

参考文献11

GB/T24369.3—2017

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GB/T24369《金纳米棒表征》分为三个部分：

—第1部分:紫外/可见/近红外吸收光谱方法；

——第2部分:光学性质测量方法；

——第3部分:表面电荷密度测量方法。

本部分为GB/T24369的第3部分。

本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本部分由中国科学院提出。

本部分由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。

本部分起草单位：国家纳米科学中心。

本部分主要起草人:吴晓春、纪英露、侯帅。

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GB/T24369.3—2017

引言

金纳米棒是一种棒状金纳米颗粒，在生物检测、生物成像、疾病诊断与治疗等领域具有潜在的应用

价值。根据国际标准化组织纳米技术委员会发布的技术报告ISO/TR13014:2012((纳米科技T程纳米

材料毒性评价的物理化学参数表征导则》，需要对与毒性评价密切相关的八个关键物化参数，即尺寸及

尺寸分布、团聚/聚集状态、形状、表面积/比表面积、组分、表面化学、表面电荷、溶解性/分散性进行表

征。本部分与表面电荷的表征相对应。

zeta电位是表征表面电荷的一个重要参数。本部分规定了通过zeta电位计算金纳米棒表面电荷

密度的方法，为评价金纳米棒胶体溶液的稳定性和与其他物质的相互作用提供依据。

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GB/T24369.3—2017

金纳米棒表征

第3部分：表面电荷密度测量方法

1范围

GB/T24369的本部分规定了用zeta电位测量金纳米棒表面电荷密度的方法。

本部分适用于溶胶体系中直径大于10nm、长径比介于1〜4的金纳米棒表面电荷密度测量，其他

纳米颗粒在溶胶体系中表面电荷密度的测量亦可参照本部分执行。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T32269—2015纳米科技纳米物体的术语和定义纳米颗粒、纳米纤维和纳米片

GB/T32668一2016胶体颗粒zeta电位分析电泳法通则

3术语和定义

GB/T32269-2015和GB/T32668-2016界定的术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下

重复列出了GB/T32269—2015和GB/T3266—2016中的某些术语和定义。

3.1

表面电荷密度electricsurfacechargedensity

由于液体体相离子的特异性吸附或表面基团的解离而在单位面积界面上所产生的电荷量。

注：单位是库仑每平方米（C•m-巧。

[GB/T3266—2016,定义3.1.1]

3.2

纳米纤维nanofibre

两个维度外部尺寸相近且处于纳米尺度,剩余一个维度外部尺寸明显大于其他两个维度尺寸的纳

米物体。

注1：纳米纤维可以是柔性的，也可以是刚性的。

注2：对尺寸相近的两个维度，其外部尺寸差异应小于3倍，而最长的外部尺寸应比其他两个尺寸大3倍以上。

注3：最长的外部尺寸可不在纳米尺度。

[GB/T32269—2015,定义4.3]

3.3

纳米棒nanoro

实心纳米纤维。

[GB/T32269—2015,定义4.5]

3.4

表面电位electricsurfacepotential

粒子表面到均匀液相内部的电势差。

注：单位为伏特（V）。

[GB/T3266—2016,定义3.1.2]

1

GB/T24369.3—2017

3.5

滑移面slippingplane

剪切面shearplane

颗粒在电场中发生泳动时，在剪切应力的作用下，固-液界面附近的液体相对于表面发生滑移的抽

象面。

[GB/T3266—2016,定义3.1.3]

3.6

zeta电位zetapotential

悬浮在液体介质中的胶体颗粒双电层的滑动面与溶液体相之间的电位差。

注：单位为伏特（V）[通常用毫伏（mV）表示]。

[GB/T3266—2016,定义3.1.9]

4原理

胶体颗粒表面的带电状态由离子在其周围的空间分布决定，这种电荷分布称之为双电层。经典双

电层模型是斯特恩（Stern）扩散双电层模型：第一层为紧密层，又称斯特恩层，由牢固吸附于固体表面的

离子和参与部分溶剂化的水分子组成。第二层称为扩散层，由过量的反离子（与表面电荷符号相反的离

子）和少量的共离子（与表面电荷符号相同的离子）组成。古埃-查普曼-斯特恩（Gouy-Chapman-Stern）

模型扩散双电层模型见示意图1[1\胶体粒子在外加电场的作用下，斯特恩层与扩散层发生相对移动

时的面称为滑移面或剪切面。滑移面处的电位即为zeta电位，见图1。

b）金纳米棒表面

1斯特恩层；

2——带电的颗粒a）或带正电的金纳米棒b）；

3——带相反电荷的扩散层；

4——斯特恩面；

5——滑移面；

6——德拜长度；

7表面活性剂层/表面配体层；

伽表面电位；

zeta电位。

图1基于古埃-查普曼-斯特恩模型的双电层结构示意图

2

GB/T24369.3—2017

5仪器

zeta电位仪。

6测试样品前处理

使用与测试样品溶液体系相同的液体作为稀释剂，将测试样品稀释至合适倍数后进行测试。样品

浓度应位于仪器所规定的测试浓度范围内。

7测量步骤

7.1打开仪器，预热至仪器稳定。

7.2采用zeta电位标准物质对zeta电位仪进行校准。

7.3设定材料类型、温度、平衡时间、样品池类型和扫描次数等测量参数。

7.4用移液器将制备好的样品加入样品池中。

7.5将含待测试样的样品池置于样品槽中，开始扫描。

7.6将仪器所测谱图或图像保存，并记录仪器状态和测量数据。

7.7推荐取3个试样，每个试样测试3次。

8德拜长度计算

离子强度计算见式（1）：

EZf

_~2~

式中，

I—一离子强度，单位为摩尔每升（mol-L-1）；

G——第"种离子浓度，单位为摩尔每升（mol-L-'）；

乙——第"种离子价态。

德拜长度为双电层的厚度，计算见式（2）和式（3）：

ee()^T

(2)

、2000以/Na

当水相温度为298K时,

v'T

其中，

L——德拜长度，单位为纳米（nm）；

E一一介质相对介电常数，无量纲；

Eo——真空介电常数，单位为法拉每米（F-m-'）；

k——玻尔兹曼常数，单位为焦耳每开尔文（J-K-1）；

T——绝对温度，单位为开尔文（K）；

红一一电子电量，单位为库仑（C）；

Na—一阿佛伽德罗常数，单位为每摩尔（mor^o

3

GB/T24369.3—2017

9表面电荷密度计算

颗粒表面电荷密度计算的近似公式见式（4）邛］:

2/cee（）kT「.（zeQijjQ2’

<7=sinh—Htanh(4)

ze0\2kTKg

当颗粒表面曲率忽略不计时，表面电荷密度可根据古埃-查普曼方程计算见式（5）⑷：

o=y''8kTeeonsinh（；；学）(5)

其中，对于相对较小的zeta电位值（A<50mV）近似有式（6）日］:

A）=Y（l+D/ai）严(6)