Zeta potentiella mätningar

zetapotentialen är relaterad till den netto ytladdning som nanopartiklar har. Det är avgörande för att bestämma den kolloidala stabiliteten hos laddade partiklar och förstå systemets prestanda under olika förhållanden.

för mer information om zeta-potentiell testning och andra analytiska tekniker, besök vår målsida för Karakteriseringstjänster. Du kan också se vår zeta potentiella videoserie ovan för mer information om provberedning och resultattolkning.

skicka in ett prov för zeta potentiell analys

Zeta teori

Zeta potential är en fysisk egenskap som visas av alla fast-flytande och flytande-flytande kolloidala system. Omgivande ytan på alla dispergerade partiklar är ett tunt lager av joner som har motsatt laddning av partikelns yta som kallas Akterskiktet. Längre från ytan finns ett ytterligare lager av mer löst associerade joner med motsatt laddning till ytan som rör sig med partikeln när den färdas genom ett medium på grund av brunisk rörelse eller sedimentering; detta kallas dubbelskiktet. Zetapotentialen definieras som spänningen vid kanten av glidplanet (skjuvning) med avseende på bulkdispergeringsmediet, där joner, molekyler och andra medel inte längre är associerade med en partikels yta. Om två intilliggande partiklar har tillräckligt höga zeta-potentialer med samma tecken, kommer de inte att agglomerera på grund av repulsiva elektrostatiska krafter mellan partiklar med liknande laddningar.

ett annat sätt att göra partiklar stabila är genom steriskt hinder. Nanopartiklar kan ha naturligt förekommande eller konstruerade ligander eller ytgrupper som fysiskt förhindrar nanopartiklarna från att kontakta och agglomerera. Men beläggning av nanopartiklar med en yta som möjliggör steriskt hinder kan ändra nanopartikelns Egenskaper eller funktion och är ofta inte önskvärt. I många fall är Zetapotentialen den primära mekanismen för att erhålla nanopartikelstabilitet i vattenhaltiga miljöer.

Mätmekanik

vid nanoComposix utför vi zeta-potentiella mätningar med hjälp av ett Malvern Zetasizer Nano ZS-instrument utrustat med en 632 nm HeNe-laser som arbetar i en 173 graders detektorvinkel. I en zeta – potentiell mätning laddas ett prov i en engångsvikt kapillärcell. Cellerna har två ledande elektroder som kommer i kontakt med instrumentets applicerade spänning på utsidan och viks in för att komma i kontakt med vätskeprovet på insidan.

laddade partiklar inuti cellen kommer att röra sig genom mediet med en hastighet som är proportionell mot deras zetapotential. Partiklar med en högre Storlek zeta kommer att röra sig i snabb takt, medan partiklar med låg zetapotential kommer att röra sig långsammare. Partiklarna belyses av en laser som indirekt mäter partikelhastigheten via en Dopplerfrekvensförskjutning av det spridda ljuset. Denna frekvensförskjutning kan omvandlas till ett värde av elektroforetisk rörlighet. Zetapotential beräknas från elektroforetisk rörlighet med lösningsmedelsdielektrisk konstant, viskositet och andra konstanter med användning av Henry-ekvationen.

medan de flesta zeta-mätningar kommer att tas i vattenhaltiga system, kommer alla kolloider dispergerade i ett lösningsmedel som har en märkbar dielektrisk konstant att uppvisa zetapotential. Så länge ett lösningsmedel är polariserbart kommer joner att förbli delvis upplösta och associera med ytan, och en applicerad elektrisk potential kommer att nå en partikels dubbla lager. Detta möjliggör mätning av dispergerade kolloider i lösningsmedel såsom kloroform, THF och kortkedjiga alkoholer. Mätningar i dessa lösningsmedel kräver användning av en speciell zetacell.

de vikta kapillärcellerna bryts ned genom korrosion över tiden, särskilt när mätningar görs i hög-salt eller andra ledande medier. Av denna anledning är det viktigt att zetacellerna kontrolleras med ett standardreferensmaterial för att säkerställa att de mäter på lämpligt sätt. På nanoComposix kalibrerar vi celler dagligen med hjälp av en polystyrenlatexstandard med en känd zetapotential.

betydelsen av Zetapotential

kunskap om zetapotential kan användas för att optimera formuleringen, vilket resulterar i effektivare formuleringsutveckling för suspensioner, emulsioner eller nanopartikeldispersioner.

Zeta kan användas för att förutsäga partiklarnas långsiktiga stabilitet. Till exempel har partiklar med zeta-potentialer större än 60 MV 60 MV utmärkt stabilitet, där partiklar med zeta-värden mellan -10 MV och +10 mV kommer att uppleva snabb agglomerering såvida de inte är steriskt skyddade.

tecknet och storleken på zetapotentialen kan användas som en sekundär metrisk för att bestämma ytkemi förändringar också. Till exempel, när man flyttar från en mycket negativ citratkapslad nanopartikeldispersion till en neutral polymer som PEG, förväntar sig att se en minskning av storleken på zetapotentialen. På samma sätt, när man flyttar från citrat eller annan negativt laddad yta till bPEI eller amin, förvänta sig att se tecknet på zeta-potentialförändringen från negativ till positiv.

pH & Saltberoende

ett zeta-potentiellt värde på egen hand utan att definiera lösningsförhållanden är ett praktiskt taget meningslöst tal. Zeta-potentialen är starkt pH och saltberoende och lösningens pH måste mätas och rapporteras med varje zeta-potentialmätning.

till exempel, när en lösning innehållande nanopartiklar titreras med syra för att minska pH, associerar sura protoner med det elektriska dubbelskiktet och partikeln blir mer positiv. Det motsatta är sant med avseende på bastitrering; att lägga till bas gör kolloider mer negativa.

detta universella pH-beroende leder till ett viktigt karakteristiskt drag hos alla kolloidala material – den isoelektriska punkten eller IEP. IEP definieras som pH vid vilket zeta-potentialen är noll. Vissa klasser av material som plasmoniska ädelmetall nanopartiklar och unfunctionalized kiseldioxid uppvisar mycket låga IEP – vilket innebär att de tenderar att bära en negativ ZP alls men den mest sura av pH-förhållanden. Det motsatta är sant med avseende på aluminiumoxid, ceriumoxid och många andra keramik och metalloxider; de uppvisar positiva ZPs vid de flesta pH-värden på grund av deras mycket höga isoelektriska punkter.

att veta var du är med avseende på ett materials isoelektriska punkt kan hjälpa till att bedöma stabilitet och prestanda i Slutliga applikationer. På samma sätt visar zetapotentialen hos ett kolloidalt system också ett joniskt beroende vid ett givet pH. alla kolloidala system visar ett Gaussiskt förhållande med avseende på saltinnehåll. I gränsen för nollsalt finns det få Joniska arter närvarande för att undertrycka det elektriska dubbelskiktet och zetapotentialen har ett stort absolutvärde. När salthalten i lösningen ökas komprimeras det elektriska dubbelskiktet och zeta-potentialen minskar. Efter en viss punkt kommer det elektriska dubbelskiktet att kollapsa och det blir detsamma som det omgivande mediet, vilket gör att partiklarna är benägna att agglomerera effekter. Den specifika koncentrationen av salter som leder till detta beteende är en materialberoende funktion.

skicka in ett prov för zeta potentiell analys