PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位測試背景

PNIPAm，聚N-異丙基丙烯酰胺，是一種在醫藥、智能材料制造領域具有廣泛的功能性溫敏高分子材料，從上個世紀90年代開始引起科研人員的關注，具有大量文獻報道。

 本文使用BeNano 90 zeta 納米粒度與Zeta電位分析儀表征了一個PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位隨pH及溫度的變化。

PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位測試結果與討論

圖1. PNIPAm微凝膠不同pH值條件下Zeta電位結果

  圖1為在25℃下，PNIPAm微凝膠的Zeta電位隨pH的變化曲線。可以看出，在使用純凈水配置的母液環境中（pH=6時），Zeta電位為負值，說明此時微凝膠上凈電荷為負電，且Zeta電位絕對值最高。采用HCl溶液調節樣品pH值，隨著pH逐漸降低，樣品的Zeta電位絕對值逐漸減小，向零趨近，當pH=1時，樣品Zeta電位跨過等電點，由負電變為正電。這是因為在pH值逐漸降低的過程中，溶液中的H+濃度升高，H+的增加改變了樣品表面的電離平衡，樣品表面的負電荷逐漸被H+中和，因此帶電量下降，進而導致了Zeta電位絕對值下降。

  通過向體系中添加NaOH，使體系中OH-含量增多，pH值逐漸增大，通常來說帶負電的OH-會使得顆粒表面攜帶更多負電，使Zeta電位負值不斷增加。然而觀察到隨著pH值的升高，Zeta電位絕對值卻逐漸減小，當pH=14時，Zeta電位趨近于0。這可能是因為當pH為6或7時，聚合物表面的基團電離比較充分，攜帶的負電荷已經達到飽和，即使OH-含量增多，顆粒表面也不能攜帶更多的負電荷，而NaOH濃度上升逐漸增加了體系中離子強度，離子強度越高，對于Zeta電位的屏蔽效果越來越強，導致了Zeta電位絕對值的降低。

圖2. 不同pH環境中PNIPAm水凝膠在不同溫度下的粒徑曲線

  圖2顯示了pH=3，6和9環境中，樣品的粒徑隨溫度變化趨勢。可以看到在三個pH環境中，樣品的粒徑隨著溫度升高逐漸降低，從25℃的700nm逐漸減小到50℃的約300nm。這種明顯的隨溫度升高而收縮的現象是由于形成分子間氫鍵導致的。在降溫過程中，氫鍵斷裂，樣品粒徑逐漸增加。樣品展現了可逆的粒徑隨溫度的變化的趨勢。三個pH環境中，在相同溫度下粒徑接近沒有明顯差別，說明該樣品的粒徑對于pH改變不是特別敏感。

圖3. 不同pH環境中PNIPAm水凝膠在不同溫度下的Zeta電位曲線

PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位測試結論

  在這個應用報告中，通過BeNano 90 Zeta儀器表征了一個PNIPAm微凝膠樣品在不同pH值條件和不同溫度下的粒徑和Zeta電位信息。結果表明，樣品的Zeta與環境pH相關。不同pH下，樣品具有類似的粒徑和pH溫敏特點，即隨著溫度升高粒徑降低，而Zeta電位逐漸升高。