Definition von Zeta-Potential

Das Zetapotential (ζ-Potential) ist die Potentialdifferenz über die Phasengrenzen zwischen Feststoffen und Flüssigkeiten. Es ist ein Maß für die elektrische Ladung von Partikeln, die in Flüssigkeiten suspendiert sind. Da das Zetapotential nicht gleich dem elektrischen Oberflächenpotential in einer Doppelschicht oder dem Sternpotential ist, ist es oft 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 Potential in der Grenzflächendoppelschicht in der Gleitebene. Typischerweise ist das Kolloid umso stabiler, je höher das Zetapotential 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.

Messung des Zeta-Potentials

Das Zetapotential kann nicht direkt gemessen werden. Sie wird aus theoretischen Modellen berechnet oder experimentell geschätzt, häufig basierend auf der elektrophoretischen Mobilität. Grundsätzlich wird zur Bestimmung des Zeta-Potentials die Geschwindigkeit verfolgt, mit der sich ein geladenes Teilchen in Reaktion auf ein elektrisches Feld bewegt. Partikel, 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 1903 von Marian Smoluchowski beschriebenen Theorie. Die Theorie von Smoluchowski gilt für jede Konzentration oder Form von dispergierten Partikeln. Es nimmt jedoch eine ausreichend dünne Doppelschicht an und ignoriert jeden 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, die es produziert, interpretieren. Zeta-Messgeräte beruhen normalerweise auf einem von zwei elektroakustischen Effekten: der elektrischen Schallamplitude und dem kolloidalen Vibrationsstrom. Der Vorteil der Verwendung eines elektroakustischen Verfahrens zur Charakterisierung des Zeta-Potentials 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, kann die Kenntnis des Zeta-Potentials in der Praxis angewendet werden.

Zeta-Potential-Messungen 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 beim Dispergieren von Aerosolprodukten
• Reduzieren Sie die Kosten für Additive, indem Sie die zur Erzielung des gewünschten Effekts erforderliche Mindestmenge berechnen, z. B. die Menge an Flockungsmittel, die dem Wasser während der Wasserbehandlung zugesetzt wird
• Während der Herstellung kolloidale Dispersion wie in Zementen, 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 von 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, Elektronikherstellung, pharmazeutischen Produktion usw.

Verweise

American Filtration and Separations Society: "Was ist das Zeta-Potenzial?"

Brookhaven Instruments, "Zeta-potenzielle Anwendungen".

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

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

Dukhin, S. S. und Semenikhin, N. M.. Koll. Zhur., 32, 366 (1970).