Wissenschaft

Was Sie über das Zeta-Potenzial wissen sollten

Das Zetapotential (ζ-Potential) ist die Potentialdifferenz über Phasengrenzen zwischen Festkörpern und Flüssigkeiten. Es ist ein Maß für die elektrische Ladung von Partikeln, die in Flüssigkeit suspendiert sind. Da das Zetapotential nicht gleich dem elektrischen Oberflächenpotential in einer Doppelschicht oder dem Sternpotential ist, ist es häufig der einzige Wert, der zur Beschreibung der Doppelschichteigenschaften einer kolloidalen Dispersion verwendet werden kann. Das Zeta-Potential, auch als elektrokinetisches Potential bekannt, wird in Millivolt (mV) gemessen.

In Kolloiden ist das Zetapotential die elektrische Potentialdifferenz über der Ionenschicht um ein geladenes Kolloidion . Anders ausgedrückt; Es ist das Potenzial in der Grenzflächen-Doppelschicht in der Gleitebene. Typischerweise ist das Kolloid umso stabiler, je höher das Zeta-Potential ist. Ein Zeta-Potential, das weniger negativ als -15 mV ist, repräsentiert typischerweise die Anfänge der Agglomeration von Partikeln. Wenn das Zeta-Potential gleich Null ist, fällt das Kolloid zu einem Feststoff aus.

 

Zeta-Potential messen

Das Zeta-Potential kann nicht direkt gemessen werden. Sie wird aus theoretischen Modellen berechnet oder experimentell geschätzt, häufig basierend auf der elektrophoretischen Mobilität. Um das Zetapotential zu bestimmen, verfolgt man grundsätzlich die Geschwindigkeit, mit der sich ein geladenes Teilchen als Reaktion auf ein elektrisches Feld bewegt. Teilchen, die ein Zetapotential besitzen, wandern in Richtung der entgegengesetzt geladenen Elektrode. Die Migrationsrate ist proportional zum Zetapotential. Die Geschwindigkeit wird typischerweise unter Verwendung eines Laser-Doppler-Anemometers gemessen. Die Berechnung basiert auf einer Theorie, die 1903 von Marian Smoluchowski beschrieben wurde. Smoluchowskis Theorie gilt für jede Konzentration oder Form dispergierter Partikel. Jedoch nimmt sie eine ausreichend dünne Doppelschicht und es ignoriert alle Beitrag der Oberflächenleitfähigkeit. Neuere Theorien werden verwendet, um unter diesen Bedingungen elektroakustische und elektrokinetische Analysen durchzuführen.

Es gibt ein Gerät namens Zeta-Meter – es ist teuer, aber ein geschulter Bediener kann die geschätzten Werte interpretieren, die es erzeugt. Zeta-Messgeräte beruhen normalerweise auf einem von zwei elektroakustischen Effekten: der elektrischen Schallamplitude und dem Kolloidschwingungsstrom. Der Vorteil der Verwendung eines elektroakustischen Verfahrens zur Charakterisierung des Zetapotentials besteht darin, dass die Probe nicht verdünnt werden muss.

 

Anwendungen des Zeta-Potentials

Da die physikalischen Eigenschaften von Suspensionen und Kolloiden weitgehend von den Eigenschaften der Partikel-Flüssigkeits-Grenzfläche abhängen, hat die Kenntnis des Zetapotentials praktische Anwendungen.

 

Zeta-Potentialmessungen werden verwendet, um

    • Bereiten Sie kolloidale Dispersionen für Kosmetika, Tinten, Farbstoffe, Schäume und andere Chemikalien vor
    • Zerstören Sie unerwünschte kolloidale Dispersionen während der Wasser- und Abwasserbehandlung, der Zubereitung von Bier und Wein und der Dispergierung von Aerosolprodukten
    • Reduzieren Sie die Kosten für Additive, indem Sie die Mindestmenge berechnen, die erforderlich ist, um den gewünschten Effekt zu erzielen, z. B. die Menge an Flockungsmittel, die dem Wasser während der Wasseraufbereitung zugesetzt wird
    • Integrieren Sie während der Herstellung kolloidale Dispersionen wie Zemente, Töpferwaren, Beschichtungen usw.
    • Nutzen Sie die gewünschten Eigenschaften von Kolloiden, einschließlich Kapillarwirkung und Waschkraft. Eigenschaften können für die Mineralflotation, die Absorption von Verunreinigungen, die Trennung von Erdöl vom Reservoirgestein, Benetzungsphänomene und die elektrophoretische Abscheidung von Farben oder Beschichtungen angewendet werden
    • Mikroelektrophorese zur Charakterisierung von Blut, Bakterien und anderen biologischen Oberflächen
    • Charakterisieren Sie die Eigenschaften von Ton-Wasser-Systemen
    • Viele andere Anwendungen in der Mineralverarbeitung, Keramikherstellung, Elektronikfertigung, pharmazeutischen Produktion usw.

 

 

Verweise

American Filtration and Separations Society, „Was ist Zeta-Potenzial?“

Brookhaven Instruments, „Zeta Potential Applications“.

Kolloidale Dynamik, Elektroakustische Tutorials, „The Zeta Potential“ (1999).

M. von Smoluchowski, Stier. Int. Acad. Sci. Cracovie, 184 (1903).

Dukhin, SS und Semenikhin, NM Koll. Zhur. 32 (1970), 366.

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