Измерение Дзета-Потенциала

Измерение Дзета-Потенциала Введение

Когда частицы, капли или коллоиды присутствуют в жидкости, обычно образуется электрический двойной слой, состоящий из ионов в жидкости. Это происходит потому, что поверхности частиц обычно несут поверхностный заряд, который притягивает эти ионы. Если частица движется в жидкости, электрический двойной слой движется вместе с ней по так называемой плоскости скольжения, то есть по границе раздела электрического двойного слоя с окружающей жидкостью. Электрический потенциал в этой плоскости скольжения является дзета-потенциалом. Дзета-потенциал задается в милливольтах и обычно находится в диапазоне от -200 мВ до + 200 мВ.

Пример: Частица в водном растворе с электрическим двойным слоем ионов

Эффекты изменения Дзета-потенциала

Когда частицы несут сильно положительный или сильно отрицательный дзета-потенциал, между частицами также существует сильно отталкивающее электростатическое взаимодействие. Это предотвращает сближение частиц друг с другом и образование агломератов. Согласно теории ДЛФО, когда частицы находятся близко друг к другу, вступают в действие силы Ван-дер-Ваальса, которые основаны на диполь-дипольных взаимодействиях. Эти силы оказывают притягательное воздействие. При дзета-потенциале, близком к нулю, отталкивающий эффект электрического двойного слоя невелик, и коагуляция более вероятна. Дзета-потенциал не является прямым измерением стабильности дисперсии, но он обеспечивает хороший прогноз стабильности. Поскольку анализ дзета-потенциала гораздо проще и быстрее выполнить, чем измерение стабильности, дзета-потенциал часто используется для оценки качества дисперсии. Изменение состава и концентрации электролита приводит к смещению дзета-потенциала. На следующем графике представлен эффект с помощью пяти примеров: (1) -20,6 мВ (2) -16,8 мВ (3) -9,9 мВ (4) +13,9 мВ (5) +15,1 мВ

С увеличением добавления положительного полиэлектролита размер частиц образца также изменяется: (1) красный, (2) зеленый, (3) желтый, (4) синий, (5) фиолетовый

Измерение дзета-потенциала с помощью анализатора размера частиц

Существуют различные способы анализа дзета-потенциала. Наиболее распространенным методом является так называемый лазерный доплеровский электрофорез, который также используется в анализаторах частиц Microtrac. Для измерения дзета-потенциала в динамических анализаторах светорассеяния Microtrac используется та же методика анализа спектра мощности, которая применяется для измерения наночастиц. Усиленные лазером сигналы обнаруживаются в обратном рассеянии, как и при измерении размера, а быстрое изменение приложенных электрических полей предотвращает электроосмос. Используются два зонда: один для определения полярности заряда частиц (электрод) и один для измерения подвижности частиц в электрическом поле (оптический зонд). В ячейке образца катионные (положительные) частицы притягиваются к оптическому зонду, а анионные (отрицательные) частицы-к электроду. Анализ основан на определении подвижности заряженных частиц в переменном электрическом поле.

1. источник возбуждения | 2. Фторопластовая ячейка дзета-потенциала | 3. Неподвижный электрод | 4. оптический зонд

Таким образом, дзета-потенциал определяется путем анализа модулированного спектра мощности комбинированного броуновского движения и движения, управляемого электрическим полем (скорость частиц). Дзета - потенциал пропорционален подвижности. Для преобразования электрофоретической подвижности в дзета-потенциал необходимо учитывать следующие параметры: диэлектрическую постоянную и коэффициент Генри. Литературные значения диэлектрической проницаемости известны. Коэффициент Генри основан на отношении толщины двойного электрического слоя к размеру частиц. Для этого используются различные модели или приближения, в зависимости от типа дисперсии. Для водных систем это будет приближение Смолуховского, для неполярных систем-приближение Геккеля. Обе модели расчетов хранятся в программном обеспечении для оценки в анализаторах частиц Microtrac.

Измерение Дзета-Потенциала - Часто задаваемые вопросы