電泳光散射ELS是什麼？圖解量測原理與Zeta電位方法！

目錄 1.電泳光散射ELS是什麼？從Zeta電位量測方法告訴你！ 2.Zeta電位量測方法實務挑戰：電氣滲透流干擾與大塚演算法優化解析 3.固體表面Zeta電位怎麼量？Zeta電位量測應用與重點都在這！ 4.固體表面Zeta電位量測的產業應用與設備推薦：從CMP到膜汙染一次搞懂 5.電泳光散射ELS與固體表面電位量測推薦

在膠體、懸浮液或奈米粒子系統的穩定性分析中，「電泳光散射（Electrophoretic Light Scattering，ELS）」是一項重要的量測技術。透過施加電場讓帶電粒子產生電泳運動，ELS結合都卜勒頻移分析，即可精準推算粒子的Zeta電位。
Zeta電位為界面電性的重要指標，可用於判斷系統穩定性、表面修飾效果或分散行為，應用橫跨材料科學、半導體、製藥與環境工程等領域。本文將以圖解方式說明電泳光散射的量測原理，並介紹Zeta電位的常見量測方法與條件，協助你掌握界面科學分析的核心工具！

電泳光散射ELS是什麼？從Zeta電位量測方法告訴你！

電泳光散射（Electrophoretic Light Scattering, ELS），是現行量測Zeta電位的標準技術。其原理結合了電泳技術與動態光散射技術：

• 施加電場：於樣品池兩端施加電場。
• 電泳運動：溶液中帶電粒子受電場驅動進行定向移動。
• 都卜勒頻移（Doppler Shift）：當雷射光照射移動中的粒子時，散射光的頻率會隨粒子速度產生偏移。
• 計算Zeta電位：系統偵測頻移量以獲得電泳遷移率，並根據Smoluchowski（水性系統）、Hückel（有機溶劑系統）、Henry方程式計算出Zeta電位。

常見量測條件的關鍵因素

• 溶劑黏度與介電常數：影響粒子在電場中的移動阻力。
• pH值與電解質濃度：直接決定雙電層（EDL）的壓縮狀態與等電點（IEP）。
• 溫度控制：遷移率對溫度極為敏感，精確的控溫是數據重複性的基礎。
• 施加電場強度：適當的電場強度設定確保粒子正常電泳。

Zeta電位量測方法實務挑戰：電氣滲透流干擾與大塚演算法優化解析

在實務量測中，Cell（樣品槽）壁面的電荷會吸引溶劑中的離子靠近壁面，產生泳動現象，使溶劑在電場下產生流動，稱為「電滲流（Electroosmotic Flow）」。這會與粒子的電泳速度疊加，造成量測上的電泳速度偏移。靠近壁面的粒子會受到回推力影響，而較為靠近中間的會產生補償流。

大塚科技的領先解決方案

不同於傳統設備僅在單一「靜止層」進行量測（易受粒子沉降、管壁電荷差異影響），大塚科技採用 「電滲流剖面分析法」：

• 多點自動掃描：設備自動測量Cell內部不同深度位置的表觀速度。
• 拋物線擬合演算法：藉由完整的速度剖面分布曲線，透過軟體自動演算每次量測的靜止面正確位置，亦能獲得真實且精確的粒子Zeta電位。

ELSZ系列可針對垂直方向與所有水平面進行實際量測，當靜止面因樣品沉降或池壁髒汙等因素產生偏移時，系統亦能同步進行靜止面修正。即便是在處理具沉降特性的樣品時，仍可獲得具備高再現性的Zeta電位真值。此技術得以實現，受惠於來自日本的細膩的高精確工藝。實現量測點位在小流道中的高精度位移，才能實現Zet 電位真值的量測。

電泳光散射量測範例

在生物化學與藥物開發中，蛋白質的Zeta電位量測是評估其穩定性、聚集傾向及相互作用的重要指標。
大塚科技的ELSZ系列具備高靈敏度，能精確捕捉蛋白質分子在微弱電場下的移動。
以下是常見蛋白質在pH 7.0、低離子強度緩衝液環境下的Zeta電位量測範例與數據：

常見無機粒子的Zeta電位會隨pH值變化而顯著波動，而等電點（IEP）更是評估其分散穩定性的重要指標。
透過大塚科技的自動滴定系統（Auto-Titrator）結合ELSZ系列設備，可如下圖所示，描繪出完整的pH滴定曲線，精確鎖定樣品的等電點位置。
此功能對於掌握無機粒子在懸浮液中的表面電性變化、預測其分散或凝聚行為相當重要。

固體表面Zeta電位怎麼量？Zeta電位量測應用與重點都在這！

針對晶圓、薄膜、玻璃等平板材料，大塚科技開發了專用的平板樣品量測單元，將Zeta電位的應用從粒子系統延伸至固態表面。

概念與原理

透過在固體表面附近加入已知電位的「觀測粒子 (Monitor Particles)」，觀察這些粒子受固體表面電滲流影響的運動狀態。

量測基本步驟

STEP1. 樣品固定：將平板樣品平放於專用Cell凹槽裡。
STEP2. 加入觀測粒子：注入分散良好的標準探針粒子。
STEP3. 流動剖面測量：改變雷射聚焦垂直高度，測量從樣品表面到Cell中心區間的粒子速度分布。
STEP4. 數據解讀：藉由觀測到的拋物線偏移程度，精確換算出固體表面的Zeta電位值。

 

固體表面Zeta電位量測的產業應用與設備推薦：從CMP到膜汙染一次搞懂

了解固體表面的電荷特性，透過「異性相吸、同性相斥」的基本原理，可有效預測材料與溶液環境間的交互作用：

半導體CMP製程

監控晶圓表面與研磨顆粒間的電位差，防止研磨後粒子殘留（Particle Adsorption），在清洗階段電位也是重要參數之一。

📖 延伸閱讀：CMP是什麼意思？Slurry製程深入介紹，清楚瞭解技術與原理！

半導體晶圓建合製程

除了CMP以外，近期也有產業研究在先進半導體與 3D IC 製程中，晶圓鍵合（Wafer Bonding）的品質取決於表面 OH 基密度與親水性。這篇文章介紹了如何利用 Zeta 電位（Surface Zeta Potential） 作為更靈敏的指標，來監控電漿活化後的表面電荷狀態。
📖 延伸閱讀：晶圓鍵合中的電漿改質表面 Zeta 電位量測與製程控制

功能性薄膜

評估濾膜（如：RO/N 膜）在不同 pH 值下的帶電特性，優化抗污染性能與過濾效率。
使用平板樣品量測技術，量測使用約一年後的NF膜，並分別以酸性、鹼性、DI水清洗，觀察表面電位與接觸角等指標，評斷過濾膜的親疏水性。

📖 延伸閱讀：水質處理的五種方法，粒徑沉降、過濾膜表面電位與接觸角

生醫相容性材料開發

觀察蛋白質在藥瓶玻璃或人工血管表面的吸附傾向，提升生物相容性。
研究在保存狀態下藥物是否會跟容器互相吸引產生交互作用。
生物相容材料則是研究該材料的電位，一般會期待該材料不帶電，或是電性與環境類似，以利提高該材料的相容程度。

電泳光散射ELS與固體表面電位量測推薦

界達電位粒徑分析儀ELSZneo
這是大塚科技功能最齊全的旗艦機型，特別強化了針對「平板樣品」與「高鹽度環境」的量測能力，其特點如下：

• 高濃度檢測範圍：可測量極低濃度～完全不透光的高濃度樣品。
• 非破壞性分析：不影響樣品本身特性。
• 適用多種溶液環境：可測量高鹽、高 pH、低導電率等複雜樣品。
• 快速、準確：提供穩定、可重現的數據，助力材料與製程優化。
• 長直形流道：無須擔心扭曲的流道形狀影響量測。
• 固體樣品量測：除了一般溶液樣品也可獨家應用在固體樣品上。

📖 延伸閱讀：電泳光散射(ELS)原理解析，精準測量Zeta電位，提升分析分散安定性。

若公司正面臨界面控制、分散穩定性或表面電性評估的技術挑戰，Zeta電位量測將會是不可或缺的重要工具。
大塚科技專注於高精度電泳光散射（ELS）與固體表面電位分析設備，搭配自動滴定、自動溫控與電滲流補正等完整功能，協助在研發與製程中取得更穩定、可重現的量測數據。現在就前往聯絡我們，取得最適合應用場域的專業設備建議與技術支援！