Misura del potenziale Zeta

L'analisi del potenziale zeta può essere effettuata da strumenti Microtrac che operano sulla base della dispersione dinamica della luce (DLS). Questa famiglia di prodotti consiste di analizzatori che forniscono informazioni sulla dimensione delle particelle, il potenziale zeta, la concentrazione e il peso molecolare in un unico sistema. Microtrac è pioniere nell'analisi granulometrica e sviluppa analizzatori DLS da oltre 30 anni.

Analizzatore Dimensionale di Nanoparticelle NANOTRAC WAVE II

Analizzatore accurato del potenziale zeta delle dimensioni delle particelle
Tecnologie: Dynamic Light Scattering (DLS)
Range di misura 0.3 nm - 10 µm
informazioni sul prodotto

Analizzatore di potenziale Zeta STABINO ZETA

Misura delle dimensioni: sì (solo in combinazione con NANOTRAC FLEX)
Intervallo di misurazione Zeta (dimensione): 0.3 nm - 300 µm
Range di misura del pH: 1 to 14
informazioni sul prodotto

Misura del potenziale Zeta Introduzione

Quando particelle, goccioline o colloidi sono presenti in un liquido, solitamente si forma un doppio strato elettrico composto da ioni nel liquido. Questo accade perché le superfici delle particelle portano una carica superficiale attraente per questi ioni. Se la particella si muove nel liquido, il doppio strato elettrico si muove con essa, lungo il cosiddetto piano di scorrimento, cioè l'interfaccia del doppio strato elettrico con il liquido circostante. Il potenziale elettrico su questo piano di slittamento è il potenziale zeta. Il potenziale zeta è specificato in millivolt e di solito è compreso tra -200 mV e + 200 mV.

Esempio: Particella in soluzione acquosa con doppio strato elettrico di ioni

	Strato	Potenziale
1.	Carica superficiale (negativa)	Potenziale di superficie
2.	Strato di Stern	Potenziale Stern
3.	Piano di scorrimento (piano di taglio)	ζ potential (potenziale zeta)

Effetti del cambiamento del potenziale Zeta

Quando le particelle portano un potenziale zeta fortemente positivo o fortemente negativo, c'è anche un'interazione elettrostatica fortemente repulsiva tra le particelle. Ciò impedisce alle particelle di avvicinarsi tra loro e formare agglomerati.

Secondo la teoria DLVO, quando le particelle sono vicine tra loro, entrano in vigore le forze di van der Waals che si basano sulle interazioni dipolo-dipolo. Queste forze hanno un effetto attraente. A un potenziale zeta vicino allo zero, l'effetto repulsivo del doppio strato elettrico è piccolo ed è più probabile che si verifichi la coagulazione.

Il potenziale zeta non è una misura diretta della stabilità di una dispersione, ma fornisce una buona previsione della stabilità. Poiché l'analisi del potenziale zeta è molto più facile e veloce da eseguire rispetto a una misurazione della stabilità, il potenziale zeta viene spesso utilizzato per valutare la qualità della dispersione.

La modifica della composizione e della concentrazione dell'elettrolita porta a uno spostamento del potenziale zeta.

Il grafico seguente visualizza l'effetto con cinque campioni di esempio:
(1) -20.6 mV (2) -16.8 mV (3) -9.9 mV (4) +13.9 mV (5) +15.1 mV

Con l'aggiunta crescente di un polielettrolita positivo, cambia anche la dimensione delle particelle del campione:
(1) rosso, (2) verde, (3) giallo, (4) blu, (5) viola

Fattori che influenzano il potenziale Zeta

La misurazione del potenziale Zeta si basa da un lato sulle proprietà delle particelle, cioè sul tipo di materiale e sulle condizioni della superficie. Dall'altro, dipende fortemente dal liquido di dispersione. In questo caso, il tipo e la concentrazione degli elettroliti (ioni disciolti) giocano un ruolo decisivo.

Molto spesso, il potenziale zeta viene determinato a diversi valori del pH e si osserva uno spostamento significativo a seconda del materiale. In molti casi, il potenziale zeta passa da valori positivi a valori negativi all'aumentare del pH. Il pH a cui il potenziale zeta è nullo è chiamato anche punto isoelettrico. In questo punto è molto probabile che si verifichi una flocculazione o un'agglomerazione, perché il doppio strato elettrico è praticamente neutralizzato.

Pertanto, la misurazione del potenziale zeta viene spesso eseguita in combinazione con la titolazione a diversi valori di pH.

Misura del potenziale Zeta con un analizzatore granulometrica

Esistono vari modi per analizzare il potenziale Zeta. La tecnica più diffusa è la cosiddetta Elettroforesi Laser Doppler, utilizzata anche in Microtrac particle analyzers. Gli analizzatori Microtrac per la misura del potenziale zeta operano sulla tecnologia di Dynamic Light Scattering (DLS) e utilizzano la stessa metodologia dello spettro di potenza che viene applicata per misurare le nanoparticelle.

I segnali di rilevamento potenziati dal laser sono rilevati in backscatter, come nella misura delle dimensioni, e il rapido cambiamento dei campi elettrici applicati impedisce l'elettroosmosi. Vengono utilizzate due sonde, una per determinare la polarità della carica delle particelle (elettrodo) e una per misurare la mobilità delle particelle in un campo elettrico (sonda ottica).

Nella cella del campione, le particelle cationiche (positive) sono attirate verso la sonda ottica e le particelle anioniche (negative) verso l'elettrodo. L'analisi si basa sulla determinazione della mobilità delle particelle cariche in un campo elettrico alternato.

1. fonte di eccitazione | 2. Cella Zeta in Teflon | 3. Elettrodo a piastra posteriore | 4. sonda ottica

Il potenziale Zeta è quindi determinato dall'analisi dello spettro di potenza modulato del movimento browniano combinato e del movimento guidato dal campo elettrico (velocità delle particelle). Il potenziale zeta è proporzionale alla mobilità. Per convertire la mobilità elettroforetica in potenziale zeta, devono essere considerati i seguenti parametri: Costante dielettrica e coefficiente Henry.

Sono disponibili valori di letteratura per la costante dielettrica. Il coefficiente Henry si basa sul rapporto tra lo spessore del doppio strato elettrico e la dimensione delle particelle. Diversi modelli o approssimazioni sono usati per questo, a seconda del tipo di dispersione. Per i sistemi acquosi questa sarebbe l'approssimazione Smoluchowski, per i sistemi non polari l'approssimazione Hueckel.

Entrambi i modelli sono memorizzati nel programma di valutazione secondo Microtrac particle size analyzers.

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Analizzatore di potenziale Zeta per la caratterizzazione accurata della dimensione granulometrica, ideale per la caratterizzazione di nanoparticelle

NANOTRAC WAVE II

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Misura del potenziale Zeta - FAQ

Cos'è il potenziale Zeta?

Il potenziale Zeta è il potenziale elettrico sul piano di taglio di nanoparticelle, goccioline o colloidi. Le nanoparticelle disperse in un mezzo liquido formano una carica sulla superficie, il cosiddetto doppio strato. Questo viene compensato dall'aggiunta di controioni alla carica superficiale. Se una particella si muove in soluzione, gli ioni si muovono con essa, e si verifica una caduta di potenziale tra i diversi strati. Questa differenza è chiamata potenziale zeta.

Come si analizza il potenziale Zeta?

Il potenziale zeta è misurato indirettamente attraverso la mobilità elettroforetica delle particelle. Ci sono vari modi per analizzare il potenziale Zeta, per lo più si usa l'elettroforesi laser Doppler. Durante una misurazione, le particelle positive sono attirate verso l'anodo e le particelle negative verso il catodo, i quali determinano la mobilità delle particelle cariche in un campo elettrico alternato. Il potenziale zeta è calcolato dalla mobilità tramite l'equazione di Henry o Smoluchowski.

Perché il potenziale Zeta è importante?

Il potenziale Zeta può essere un indicatore della stabilità di una dispersione o emulsione. In generale, più alta è la grandezza del potenziale, migliore è la stabilità della dispersione o emulsione. Per la stabilità non importa quale segno (positivo o negativo) abbia la dispersione. Tuttavia, il segno della dispersione può avere un impatto enorme nell'applicazione della dispersione;

Come si può influenzare o cambiare il potenziale Zeta?

Il potenziale zeta può essere influenzato da molti fattori come il valore del pH o la conducibilità. Entrambi giocano un ruolo chiave sulla grandezza e sul segno del potenziale zeta. I polielettroliti possono avere un'influenza simile. Se il segno cambia, passerà il punto isoelettrico (pH) o il punto zero di carica (polielettroliti). In questo punto il potenziale zeta è ±0. Anche una forte diluizione può provocare questo effetto.