pomiary potencjału Zeta

potencjał Zeta jest związany z ładunkiem powierzchniowym netto, który mają nanocząstki. Ma kluczowe znaczenie dla określenia stabilności koloidalnej naładowanych cząstek i zrozumienia wydajności systemu w różnych warunkach.

aby uzyskać więcej informacji na temat testowania potencjału zeta i innych technik analitycznych, odwiedź naszą stronę docelową usług charakteryzacji. Możesz również zobaczyć naszą serię filmów Zeta potential powyżej, aby uzyskać więcej informacji na temat przygotowania próbki i interpretacji wyników.

Prześlij próbkę do analizy potencjału zeta

teoria Zeta

potencjał Zeta jest właściwością fizyczną wykazywaną przez wszystkie układy koloidalne ciało stałe-ciecz i ciecz-ciecz. Otaczającą powierzchnię wszystkich rozproszonych cząstek jest cienka warstwa jonów, które mają przeciwny ładunek powierzchni cząstki, zwany warstwą rufową. Dalej od powierzchni znajduje się dodatkowa warstwa luźno powiązanych jonów o przeciwnym ładunku do powierzchni, które poruszają się wraz z cząsteczką podczas podróży przez medium z powodu ruchu Browna lub sedymentacji;nazywa się to warstwą podwójną. Potencjał zeta definiuje się jako napięcie na krawędzi płaszczyzny poślizgu (ścinania) w odniesieniu do masowego ośrodka dyspergującego, w którym jony, cząsteczki i inne czynniki nie są już związane z powierzchnią cząstki. Jeśli dwie sąsiadujące ze sobą cząstki mają wystarczająco duże potencjały zeta o tym samym znaku, nie będą się one aglomerować z powodu odpychających sił elektrostatycznych między cząstkami o podobnych ładunkach.

innym sposobem na stabilność cząstek jest przeszkoda steryczna. Nanocząstki mogą mieć naturalnie występujące lub zaprojektowane ligandy lub grupy powierzchniowe, które fizycznie uniemożliwiają kontakt nanocząstek i aglomerowanie. Jednak powlekanie nanocząstek o powierzchni, która pozwala na przeszkodę steryczną, może zmienić właściwości lub funkcję nanocząstki i często nie jest pożądane. W wielu przypadkach potencjał Zeta jest podstawowym mechanizmem uzyskiwania stabilności nanocząstek w środowisku wodnym.

Mechanika pomiarowa

w nanoComposix wykonujemy pomiary potencjału zeta przy pomocy przyrządu Malvern Zetasizer Nano ZS wyposażonego w laser HeNe 632 nm pracujący pod kątem detektora 173 stopni. W pomiarze potencjału zeta próbka jest ładowana do jednorazowej złożonej komórki kapilarnej. Komórki mają dwie przewodzące elektrody, które stykają się z przyłożonym napięciem instrumentu na zewnątrz i składają się, aby skontaktować się z płynną próbką wewnątrz.

naładowane cząstki wewnątrz komórki będą poruszać się przez medium z szybkością proporcjonalną do ich potencjału zeta. Cząstki o większej wielkości zeta będą poruszać się z szybkim tempem, podczas gdy cząstki o niskim potencjale zeta będą poruszać się wolniej. Cząstki są oświetlane przez laser, który pośrednio mierzy prędkość cząstek poprzez przesunięcie częstotliwości Dopplera rozproszonego światła. To przesunięcie częstotliwości można przekształcić w wartość mobilności elektroforetycznej. Potencjał Zeta oblicza się na podstawie mobilności elektroforetycznej ze stałą dielektryczną rozpuszczalnika, lepkością i innymi stałymi za pomocą równania Henry ’ ego.

podczas gdy większość pomiarów zeta będzie wykonywana w systemach wodnych, wszelkie koloidy rozproszone w rozpuszczalniku, który ma znaczną stałą dielektryczną, będą wykazywać potencjał Zeta. Tak długo, jak rozpuszczalnik jest polaryzowalny, jony pozostaną częściowo rozpuszczone i wiążą się z powierzchnią, a zastosowany potencjał elektryczny osiągnie podwójną warstwę cząstki. Pozwala to na pomiar rozproszonych koloidów w rozpuszczalnikach, takich jak chloroform, THF i alkohole krótkołańcuchowe. Pomiary w tych rozpuszczalnikach wymagają zastosowania specjalnej komórki zeta.

złożone komórki kapilarne ulegają degradacji przez korozję w czasie, zwłaszcza gdy pomiary są wykonywane w wysokiej soli lub innych mediach przewodzących. Z tego powodu ważne jest, aby komórki zeta były sprawdzane za pomocą standardowego materiału referencyjnego, aby upewnić się, że są one odpowiednio mierzone. W nanoComposix codziennie kalibrujemy komórki przy użyciu standardu lateksu polistyrenowego o znanym potencjale zeta.

Znaczenie potencjału Zeta

znajomość potencjału zeta może być wykorzystana do optymalizacji formulacji, co skutkuje bardziej skutecznym opracowaniem formulacji dla zawiesin, emulsji lub dyspersji nanocząstek.

Zeta może być używana do przewidywania długoterminowej stabilności cząstek. Na przykład cząstki o potencjale zeta większym niż ±60 mV mają doskonałą stabilność, gdzie cząstki o wartościach Zeta od -10 mV do +10 mV będą doświadczać szybkiej aglomeracji, chyba że będą chronione sterycznie.

znak i wielkość potencjału zeta mogą być użyte jako drugorzędna metryka do określenia zmian w chemii powierzchni. Na przykład, przechodząc z wysoce ujemnej dyspersji nanocząstek pokrytej cytrynianem do obojętnego polimeru, takiego jak PEG, spodziewaj się zmniejszenia wielkości potencjału zeta. Podobnie, przechodząc z cytrynianu lub innej ujemnie naładowanej powierzchni do bPEI lub aminy, spodziewaj się zobaczyć znak potencjalnej zmiany zeta z ujemnej na dodatnią.

pH & zależność od soli

potencjalna wartość zeta sama w sobie bez definiowania warunków rozwiązania jest praktycznie bezsensowną liczbą. Potencjał Zeta jest silnie zależny od pH i soli, a pH roztworu musi być mierzone i zgłaszane przy każdym pomiarze potencjału zeta.

na przykład, gdy roztwór zawierający nanocząstki jest miareczkowany kwasem w celu zmniejszenia pH, kwaśne protony łączą się z elektryczną warstwą podwójną, a cząstka staje się bardziej dodatnia. Jest odwrotnie w odniesieniu do miareczkowania zasadowego; dodanie bazy sprawia, że koloidy są bardziej negatywne.

ta uniwersalna zależność pH prowadzi do ważnej cechy wszystkich materiałów koloidalnych – punktu izoelektrycznego, czyli IEP. IEP definiuje się jako pH, przy którym potencjał zeta jest zerowy. Niektóre klasy materiałów, takich jak plazmoniczne nanocząstki metali szlachetnych i niefunkcjonalna krzemionka wykazują bardzo niskie IEPs-co oznacza, że mają tendencję do przenoszenia ujemnego ZP w ogóle, ale najbardziej kwaśne warunki pH. Odwrotnie jest w odniesieniu do tlenku glinu, tlenku ceru i wielu innych tlenków ceramiki i metali; wykazują dodatnie ZPs przy większości wartości pH ze względu na bardzo wysokie punkty izoelektryczne.

Wiedza o tym, gdzie jesteś w odniesieniu do punktu izoelektrycznego materiału, może pomóc w ocenie stabilności i wydajności w końcowych zastosowaniach. Podobnie potencjał zeta układu koloidalnego wykazuje również zależność jonową przy danym pH. wszystkie układy koloidalne wykazują zależność Gaussa w odniesieniu do zawartości soli. W granicy zerowej soli występuje niewiele gatunków jonowych tłumiących podwójną warstwę elektryczną, a potencjał zeta ma dużą wartość bezwzględną. Wraz ze wzrostem zawartości soli w roztworze, elektryczna warstwa Podwójna jest ściskana, a potencjał zeta maleje. Po pewnym momencie elektryczna warstwa Podwójna zapadnie się i stanie się taka sama jak otaczające media, pozostawiając cząstki podatne na efekty aglomeracji. Specyficzne stężenie soli, które prowadzą do tego zachowania, jest funkcją zależną od materiału.

Prześlij próbkę do analizy potencjału zeta