Pomiar potencjału Zeta

Analiza potencjału zeta może być przeprowadzana przez urządzenia Microtrac, które działają w oparciu o dynamiczne rozpraszanie światła (DLS). Ta rodzina produktów składa się z analizatorów, które dostarczają informacji na temat wielkości cząstek, potencjału zeta, stężenia i masy cząsteczkowej w jednym systemie. Microtrac jest pionierem w dziedzinie analizy wielkości cząstek i rozwija analizatory DLS od ponad 30 lat.

Analizator cząstek nano NANOTRAC WAVE II

Dokładny analizator potencjału zeta wielkości cząstek
Technologia: Dynamiczne rozpraszanie światła
Zakres pomiarowy 0.3 nm - 10 µm
Szczegóły produktu

Analizator potencjału zeta STABINO ZETA

Pomiar wielkości: tak (tylko w połączeniu z NANOTRAC FLEX)
Zakres przy pomiarze potencjału Zeta (wielkość cząstek): 0,3 nm - 300 µm
zakres pomiarowy pH: 1 do 14
Szczegóły produktu

Pomiar potencjału Zeta Wprowadzenie

Gdy cząsteczki, kropelki lub koloidy są obecne w cieczy, zwykle tworzy się podwójna warstwa elektryczna, składająca się z jonów w cieczy. Dzieje się tak, ponieważ powierzchnie cząstek zwykle posiadają ładunek powierzchniowy, który przyciąga te jony. Jeśli cząstka porusza się w cieczy, elektryczna warstwa podwójna porusza się wraz z nią, wzdłuż tak zwanej płaszczyzny poślizgu, tj. interfejsu elektrycznej warstwy podwójnej z otaczającą cieczą. Potencjał elektryczny na tej płaszczyźnie poślizgu to potencjał zeta. Potencjał zeta jest określany w miliwoltach i zwykle mieści się w zakresie od -200 mV do + 200 mV.

Przykład: Cząsteczka w roztworze wodnym z elektryczną podwójną warstwą jonów

	Warstwa	Potencjał
1.	Ładunek powierzchniowy (ujemny)	Potencjał powierzchniowy
2.	Warstwa Stern'a	Potencjał Stern'a
3.	Płaszczyzna poślizgu (płaszczyzna ścinania)	ζ potencjał (potencjał zeta)

Efekty zmiany potencjału Zeta

Gdy cząsteczki mają silnie dodatni lub silnie ujemny potencjał zeta, istnieje również silnie odpychające oddziaływanie elektrostatyczne między cząsteczkami. Zapobiega to zbliżaniu się cząstek do siebie i tworzeniu aglomeratów. Zgodnie z teorią DLVO, gdy cząsteczki znajdują się blisko siebie, działają siły van der Waalsa, które opierają się na oddziaływaniach dipol-dipol. Siły te mają efekt przyciągania. Przy potencjale zeta bliskim zeru, odpychający efekt podwójnej warstwy elektrycznej jest niewielki, a koagulacja jest bardziej prawdopodobna. Potencjał zeta nie jest bezpośrednim pomiarem stabilności dyspersji, ale zapewnia dobrą prognozę stabilności. Ponieważ analiza potencjału zeta jest znacznie łatwiejsza i szybsza do przeprowadzenia niż pomiar stabilności, potencjał zeta jest często wykorzystywany do oceny jakości dyspersji. Zmiana składu i stężenia elektrolitu prowadzi do przesunięcia potencjału zeta. Poniższy wykres wizualizuje ten efekt dla pięciu przykładowych próbek: (1) -20,6 mV (2) -16,8 mV (3) -9,9 mV (4) +13,9 mV (5) +15,1 mV

Wraz ze wzrostem dodatku dodatniego polielektrolitu zmienia się również wielkość cząstek próbki:
(1) czerwony, (2) zielony, (3) żółty, (4) niebieski, (5) fioletowy

Czynniki wpływające na potencjał Zeta

Pomiar potencjału Zeta z jednej strony opiera się na właściwościach cząstek, tj. rodzaju materiału i stanie powierzchni. Z drugiej strony, silnie zależy od cieczy dyspersyjnej. W tym przypadku decydującą rolę odgrywa rodzaj i stężenie elektrolitów (rozpuszczonych jonów). Bardzo często potencjał zeta jest określany przy różnych wartościach pH i obserwuje się znaczne przesunięcie w zależności od materiału. W wielu przypadkach potencjał zeta zmienia się z wartości dodatnich na ujemne wraz ze wzrostem pH. Wartość pH, przy której potencjał zeta wynosi zero, nazywana jest również punktem izoelektrycznym. W tym przypadku bardzo prawdopodobne jest wystąpienie flokulacji lub aglomeracji, ponieważ podwójna warstwa elektryczna jest tutaj praktycznie zneutralizowana. Dlatego pomiar potencjału zeta jest często wykonywany w połączeniu z miareczkowaniem przy różnych wartościach pH.

Pomiar potencjału Zeta za pomocą analizatora cząstek

Istnieją różne sposoby analizy potencjału Zeta. Najbardziej rozpowszechnioną techniką jest tak zwana laserowa elektroforeza dopplerowska, która jest również stosowana w analizatorach cząstek Microtrac. Analizatory Microtrac do pomiaru potencjału zeta działają w oparciu o technologię dynamicznego rozpraszania światła (DLS) i wykorzystują tę samą metodologię widma mocy, która jest stosowana do pomiaru nanocząstek. Sygnały detekcji wzmocnione laserem są wykrywane w rozproszeniu wstecznym, podobnie jak w przypadku pomiaru wielkości, a szybka zmiana zastosowanych pól elektrycznych zapobiega elektroosmozie. Stosowane są dwie sondy, jedna do określania polaryzacji ładunku cząstek (elektroda), a druga do pomiaru ruchliwości cząstek w polu elektrycznym (sonda optyczna). W celi pomiarowej kationowe (dodatnie) cząstki są przyciągane do sondy optycznej, a anionowe (ujemne) do elektrody. Analiza opiera się na określeniu ruchliwości naładowanych cząstek w zmiennym polu elektrycznym.

1. excitation source | 2. Teflon zeta cell | 3. Backplate electrode | 4. optical probe

Potencjał Zeta jest zatem określany przez modulowaną analizę widma mocy połączonego ruchu Browna i ruchu napędzanego polem elektrycznym (prędkość cząstek). Potencjał Zeta jest proporcjonalny do ruchliwości. Aby przekształcić ruchliwość elektroforetyczną w potencjał zeta, należy wziąć pod uwagę następujące parametry: Stała dielektryczna i współczynnik Henry'ego. Dla stałej dielektrycznej dostępne są wartości literaturowe. Współczynnik Henry'ego opiera się na stosunku grubości podwójnej warstwy elektrycznej do wielkości cząstek. W zależności od rodzaju dyspersji stosowane są różne modele lub przybliżenia. Dla układów wodnych będzie to przybliżenie Smoluchowskiego, dla układów niepolarnych przybliżenie Hueckela. Oba modele są przechowywane w programie oceny analizatorów wielkości cząstek Microtrac.

Microtrac Produkty & Kontakt

Analizator potencjału zeta i wielkości cząstek o wysokiej dokładności, idealny do pomiaru nanocząstek

NANOTRAC WAVE II

Nasz zespół ekspertów z przyjemnością doradzi Państwu w zakresie Państwa zastosowań oraz naszego asortymentu produktów.

Skontaktuj się z nami w celu uzyskania bezpłatnej konsultacji

Pomiar potencjału Zeta - FAQ (często zadawane pytania)

Czym jest potencjał Zeta?

Potencjał Zeta to potencjał elektryczny w płaszczyźnie ścinania nanocząstek, kropelek lub koloidów. Zdyspergowane nanocząstki w ciekłym ośrodku tworzą ładunek na powierzchni, tzw. podwójną warstwę. Jest to kompensowane przez dodanie przeciwjonów do ładunku powierzchniowego. Jeśli cząstka porusza się w roztworze, jony poruszają się wraz z nią, a między różnymi warstwami występuje spadek potencjału. Różnica ta nazywana jest potencjałem zeta.

Jak analizowany jest potencjał Zeta?

Potencjał zeta jest mierzony pośrednio poprzez ruchliwość elektroforetyczną cząstek. Istnieją różne sposoby analizy potencjału Zeta, najczęściej stosowana jest laserowa elektroforeza dopplerowska. Podczas pomiaru cząstki dodatnie są przyciągane do anody, a cząstki ujemne do katody, co określa ruchliwość naładowanych cząstek w zmiennym polu elektrycznym. Potencjał zeta jest obliczany na podstawie ruchliwości za pomocą równania Henry'ego lub Smoluchowskiego.

Dlaczego potencjał Zeta jest ważny?

Potencjał Zeta może być wskaźnikiem stabilności dyspersji lub emulsji. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa wielkość potencjału, tym lepsza stabilność dyspersji lub emulsji. Dla stabilności nie ma znaczenia, jaki znak (dodatni lub ujemny) ma dyspersja. Jednak znak dyspersji może mieć ogromny wpływ na zastosowanie dyspersji.

Jak można wpłynąć na potencjał Zeta lub go zmienić?

Na potencjał zeta może wpływać wiele czynników, takich jak wartość pH lub przewodność. Oba odgrywają kluczową rolę w wielkości i znaku potencjału zeta. Polielektrolity mogą mieć podobny wpływ. Jeśli znak się zmieni, przekroczy punkt izoelektryczny (pH) lub punkt zerowy ładunku (polielektrolity). W tym punkcie potencjał zeta wynosi ±0. Silne rozcieńczenie może również wywołać ten efekt.