medições do potencial Zeta

o potencial zeta está relacionado com a carga superficial líquida que as nanopartículas têm. É crucial para determinar a estabilidade coloidal das partículas carregadas e compreender o desempenho do seu sistema em uma variedade de condições.Para mais informações sobre os testes de potencial zeta e outras técnicas analíticas, visite a página de destino dos nossos serviços de caracterização. Você também pode ver a nossa série de vídeo potencial zeta acima para mais informações sobre a preparação de amostras e interpretação de resultados.

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Zeta Theory

zeta potential is a physical property exhibited by all solid-liquid and liquid-liquid coloidal systems. Ao redor da superfície de todas as partículas dispersas está uma fina camada de íons que têm a carga oposta da superfície da partícula chamada camada de popa. Mais longe da superfície está uma camada adicional de íons mais vagamente associados de carga oposta para a superfície que se movem com a partícula à medida que ela viaja através de um meio devido ao movimento browniano ou sedimentação; isto é chamado de camada dupla. O potencial zeta é definido como a tensão na borda do plano de deslizamento (cisalhamento) em relação ao meio de dispersão em massa, onde íons, moléculas e outros agentes não estão mais associados com a superfície de uma partícula. Se duas partículas adjacentes tiverem potenciais zeta suficientemente altos do mesmo sinal, não se aglomerarão devido a forças eletrostáticas repulsivas entre partículas com cargas semelhantes.

outra forma de tornar as partículas estáveis é através do obstáculo estérico. As nanopartículas podem ter ligantes ou grupos de superfície naturais ou artificiais que impedem fisicamente o contacto e a aglomeração das nanopartículas. No entanto, o revestimento de nanopartículas com uma superfície que permite um obstáculo estérico pode alterar as Propriedades ou a função da nanopartícula e muitas vezes não é desejável. Em muitos casos, o potencial de Zeta é o principal mecanismo para obter estabilidade de nanopartículas em ambientes aquosos.

mecânica de medição

em nanoComposix, nós realizamos medições de potencial zeta usando um instrumento Nano ZS de Malvern Zetasizer equipado com um laser de 632 nm HeNe operando em um ângulo de 173 Graus detector. Numa medição do potencial zeta, carrega-se uma amostra numa célula capilar dobrada descartável. As células têm dois eletrodos condutores que fazem contato com a tensão aplicada do instrumento no exterior, e dobram para fazer contato com a amostra de líquido no interior.

partículas carregadas dentro da célula irão mover-se através do meio a uma taxa que é proporcional ao seu potencial zeta. Partículas com uma Zeta de maior magnitude se moverão a uma velocidade rápida, enquanto partículas com baixo potencial zeta se moverão mais lentamente. As partículas são iluminadas por um laser que indiretamente mede a velocidade das partículas através de um desvio de frequência Doppler da luz dispersa. Esta mudança de frequência pode ser convertida em um valor de mobilidade eletroforética. Zeta potential is calculated from electroforetic mobility with solvent dielectric constant, viscosidade and other constants using the Henry Equation.

enquanto a maioria das medições zeta será feita em sistemas aquosos, qualquer colóide disperso em um solvente que tenha uma constante dielétrica apreciável exibirá potencial zeta. Enquanto um solvente for polarizável, os íons permanecerão parcialmente dissolvidos e associados à superfície, e um potencial elétrico aplicado atingirá a camada dupla de uma partícula. Isto permite a medição de colóides dispersos em solventes como clorofórmio, THF e álcoois de cadeia curta. As medições nestes solventes requerem a utilização de uma célula zeta especial.

as células capilares dobradas degradam-se por corrosão ao longo do tempo, especialmente quando as medições são feitas em alto sal ou outros meios condutores. Por esta razão, é importante que as células zeta sejam verificadas com um material de referência padrão para se certificar de que estão a medir adequadamente. Em nanoComposix, calibramos as células diariamente usando um padrão de látex de poliestireno com um potencial zeta conhecido.

importância do potencial Zeta

o conhecimento do potencial zeta pode ser usado para ajudar a otimizar a formulação, resultando em um desenvolvimento de formulação mais eficaz para suspensões, emulsões ou dispersões nanopartículas.

Zeta pode ser usado para prever a estabilidade a longo prazo das partículas. Por exemplo, as partículas com potenciais zeta maiores que ±60 mV têm uma excelente estabilidade, em que as partículas com valores zeta entre -10 mV e +10 mV, irão experimentar uma rápida aglomeração, a menos que estejam estericamente protegidas.

o sinal e a magnitude do potencial de zeta podem ser usados como uma métrica secundária para determinar mudanças de química de superfície também. Por exemplo, ao mover-se de uma dispersão de nanopartículas com um citrato altamente negativo para um polímero neutro como PEG, esperar ver uma diminuição na magnitude do potencial zeta. Da mesma forma, ao mover-se do citrato ou de outra superfície com carga negativa para bPEI ou amina, esperar ver o sinal da mudança do potencial zeta de negativo para positivo.

pH& dependência do Sal

um valor potencial zeta por si só sem definir as condições da solução é um número praticamente sem sentido. O potencial Zeta é fortemente dependente do pH e do sal e o pH da solução tem de ser medido e comunicado com cada medição do potencial zeta.

por exemplo, quando uma solução contendo nanopartículas é titulada com ácido para diminuir o pH, protões ácidos associam-se com a camada dupla elétrica, e a partícula torna-se mais positiva. O oposto é verdadeiro no que diz respeito à titulação de base; a adição de base torna os colóides mais negativos.

esta dependência universal do pH leva a uma característica importante de todos os materiais coloidais – o ponto isoelétrico, ou IEP. O IEP é definido como o pH no qual o potencial zeta é zero. Certas classes de materiais como nanopartículas de metais nobres plasmônicos e sílica não-fraccionada exibem IEPs muito baixos – o que significa que eles tendem a carregar um ZP negativo em tudo menos o mais ácido das condições de pH. O oposto é verdadeiro no que diz respeito ao óxido de alumínio, óxido de cério e muitas outras cerâmicas e óxidos de metal; eles exibem ZPs positivos no máximo valores de pH devido aos seus pontos isoelétricos muito altos.

saber onde você está em relação ao ponto isoelétrico de um material pode ajudar a avaliar a estabilidade e desempenho em aplicações finais. Da mesma forma, o potencial zeta de um sistema coloidal também demonstra uma dependência iónica a um dado pH. todos os sistemas coloidais mostram uma relação Gaussiana em relação ao teor de sal. No limite do sal zero, há poucas espécies iônicas Presentes para suprimir a camada dupla elétrica e o potencial zeta tem um grande valor absoluto. À medida que o teor de sal da solução é aumentado, a camada dupla elétrica é comprimida e o potencial zeta diminui. Depois de um certo ponto, a camada dupla elétrica entra em colapso e se torna a mesma que o meio circundante, deixando as partículas propensas a efeitos de aglomeração. A concentração específica de sais que levam a este comportamento é uma função material-dependente.

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