Zéta potenciál mérések
a zéta potenciál a nanorészecskék nettó felületi töltéséhez kapcsolódik. Ez döntő fontosságú a töltött részecskék kolloid stabilitásának meghatározásához és a rendszer teljesítményének megértéséhez különböző körülmények között.
a zéta-potenciál teszteléssel és más analitikai technikákkal kapcsolatos további információkért látogasson el a Characterization Services nyitóoldalára. A minta előkészítésével és az eredmények értelmezésével kapcsolatos további információkért lásd a fenti Zeta potenciális videósorozatunkat is.
Minta benyújtása a zéta-potenciál elemzéséhez
Zéta-elmélet
a zéta-potenciál olyan fizikai tulajdonság, amelyet minden szilárd-folyadék és folyadék-folyadék kolloid rendszer mutat. Az összes diszpergált részecske felületét egy vékony ionréteg veszi körül, amelynek ellentétes töltése van a részecske felületével, az úgynevezett szigorú réteg. A felszíntől távolabb van egy további réteg lazábban kapcsolódó, a felülettel ellentétes töltésű ionokból, amelyek a részecskével együtt mozognak, amikor egy közegen keresztül haladnak Brown-mozgás vagy ülepedés; ezt kettős rétegnek nevezzük. A zéta-potenciál a csúszó (nyíró) sík szélén lévő feszültség az ömlesztett diszpergáló közeghez képest, ahol az ionok, molekulák és egyéb ágensek már nem kapcsolódnak a részecske felületéhez. Ha két szomszédos részecskének kellően magas az azonos jelű zéta potenciálja, akkor a hasonló töltésű részecskék közötti taszító elektrosztatikus erők miatt nem fognak agglomerálódni.
a részecskék stabilitásának másik módja a szterikus akadály. A nanorészecskék lehetnek természetben előforduló vagy mesterséges ligandumok vagy felszíni csoportok, amelyek fizikailag megakadályozzák a nanorészecskék érintkezését és agglomerálódását. A nanorészecskék olyan felülettel történő bevonása, amely lehetővé teszi a szterikus akadályt, megváltoztathatja a nanorészecske tulajdonságait vagy működését, és gyakran nem kívánatos. Sok esetben a zéta-potenciál az elsődleges mechanizmus a nanorészecskék stabilitásának megszerzésére vizes környezetben.
mérési mechanika
a nanoComposix-nél zéta-potenciál méréseket végzünk egy 632 nm-es HeNe lézerrel felszerelt Malvern Zetasizer Nano ZS műszerrel, amely 173 fokos detektorszögben működik. A zéta-potenciál mérése során a mintát eldobható hajtogatott kapilláris cellába töltik. A celláknak két vezetőképes elektródja van, amelyek érintkezésbe kerülnek a műszer külső feszültségével, és összecsukódnak, hogy érintkezésbe kerüljenek a belső folyadékmintával.
a cellában lévő töltött részecskék a zéta-potenciáljukkal arányos sebességgel mozognak a közegben. A nagyobb magnitúdójú zéta részecskék gyorsan mozognak, míg az alacsony zéta potenciállal rendelkező részecskék lassabban mozognak. A részecskéket egy lézer világítja meg, amely közvetetten méri a részecske sebességét a Doppler frekvenciaeltolódás a szétszórt fény. Ez a frekvenciaeltolás átalakítható az elektroforetikus mobilitás értékévé. A zéta-potenciált az elektroforetikus mobilitásból számítják ki oldószer dielektromos állandóval, viszkozitással és más állandókkal A Henry-egyenlet segítségével.
míg a legtöbb zéta-mérést vizes rendszerekben végzik, minden olyan oldószerben diszpergált kolloid, amelynek jelentős dielektromos állandója van, zéta-potenciált mutat. Mindaddig, amíg az oldószer polarizálható, az ionok részben feloldódnak és a felülethez kapcsolódnak, és az alkalmazott elektromos potenciál eléri a részecske kettős rétegét. Ez lehetővé teszi a diszpergált kolloidok mérését oldószerekben, például kloroformban, THF-ben és rövid láncú alkoholokban. Az ilyen oldószerekben végzett mérések speciális zéta cellát igényelnek.
a hajtogatott kapilláris sejtek idővel korrózió hatására lebomlanak, különösen akkor, ha a méréseket magas sótartalmú vagy más vezető közegben végzik. Ezért fontos, hogy a zéta cellákat szabványos referenciaanyaggal ellenőrizzük, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy megfelelően mérik-e őket. A nanocomposixnél naponta kalibráljuk a sejteket egy ismert zéta potenciállal rendelkező polisztirol latex szabvány alkalmazásával.
a zéta-potenciál fontossága
a zéta-potenciál ismerete felhasználható a készítmény optimalizálására, ami hatékonyabb készítményfejlesztést eredményez szuszpenziók, emulziók vagy Nanorészecske-diszperziók számára.
a zéta felhasználható a részecskék hosszú távú stabilitásának előrejelzésére. Például a 60 mV-nál nagyobb zéta-potenciállal rendelkező részecskék kiváló stabilitással rendelkeznek, ahol a -10 mV és +10 mV közötti zéta-értékű részecskék gyors agglomerációt tapasztalnak, kivéve, ha szterikusan védettek.
a zéta-potenciál előjele és nagysága másodlagos metrikaként használható a felületi kémiai változások meghatározására is. Például, ha egy erősen negatív citráttal határolt Nanorészecske-diszperzióból egy semleges polimerbe, például a PEG-be költözünk, akkor a zéta-potenciál nagyságának csökkenésére számíthatunk. Hasonlóképpen, amikor a citrátról vagy más negatív töltésű felületről a bPEI-re vagy az aminra költözik, számíthat arra, hogy a zéta-potenciál jele negatívról pozitívra változik.
pH & Sófüggőség
a zéta-potenciál értéke önmagában az oldási feltételek meghatározása nélkül gyakorlatilag értelmetlen szám. A zéta-potenciál erősen pH-és sófüggő, ezért az oldat pH-értékét minden zéta-potenciál mérésnél meg kell mérni és jelenteni kell.
például, amikor egy nanorészecskéket tartalmazó oldatot savval titrálnak a pH csökkentése érdekében, savas protonok társulnak az elektromos kettős réteghez, és a részecske pozitívabbá válik. Az ellenkezője igaz a bázis titrálás tekintetében; az alap hozzáadása negatívabbá teszi a kolloidokat.
ez az univerzális pH-függőség az összes kolloid anyag fontos jellemző tulajdonságához vezet – az izoelektromos ponthoz vagy az IEP-hez. Az IEP az a pH, amelyen a zéta-potenciál nulla. Az olyan anyagok bizonyos osztályai, mint a plazmonikus nemesfém nanorészecskék és a nem működő szilícium-dioxid, nagyon alacsony IEP – t mutatnak-ami azt jelenti, hogy általában negatív ZP-t hordoznak, kivéve a leginkább savas pH-feltételeket. Az ellenkezője igaz az alumínium-oxidra, a cérium-oxidra és sok más kerámiára és fémoxidra; nagyon magas izoelektromos pontjaik miatt a legtöbb pH-értéknél pozitív ZPs-t mutatnak.
az anyag izoelektromos pontjának ismerete segíthet a stabilitás és a teljesítmény értékelésében a végső alkalmazásokban. Hasonlóképpen, a kolloid rendszer zéta-potenciálja egy adott pH-nál Ionos függőséget is mutat.minden kolloid rendszer Gauss-kapcsolatot mutat a sótartalom tekintetében. A nulla só határában kevés Ionos faj van jelen az elektromos kettős réteg elnyomására, és a zéta-potenciál nagy abszolút értékkel rendelkezik. Az oldat sótartalmának növekedésével az elektromos kettős réteg összenyomódik, és a zéta potenciál csökken. Egy bizonyos pont után az elektromos kettős réteg összeomlik, és ugyanaz lesz, mint a környező közeg, így a részecskék hajlamosak az agglomerációs hatásokra. Az ilyen viselkedéshez vezető sók specifikus koncentrációja anyagfüggő funkció.
minta benyújtása zéta-potenciál elemzéshez