Zetapotenzial – den Partikeln auf der Spur

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Messungen und Ergebnisse

Eine Probe pyrogener Al2O3-Suspension (W630 von Evonik Degussa) mit 160 nm großen Teilchen erzeugte bei pH 3,1 eine Bimodalität (s. Abb. 4), die möglicherweise auf die Art der Probenzubereitung zurückzuführen ist. Um sicher zu sein, dass es sich um keinen Geräteartefakt handelt, wurde die Probe mit einem zweiten ZetaView-Gerät untersucht. Das Ergebnis war übereinstimmend mit einer Fraktion bei +7 mV und einer bei +45 bis +47 mV. Das Zetapotenzial-Spektrum zeigte sich gut aufgelöst und wiederholbar.

Interessant ist für manche Anwendungen, das Zetapotenzial einiger weniger Teilchen messen zu können. In Tabelle 1 sind eine kationische Chitosan-Polyelektrolytlösung von 1 nm Größe und Silberkolloid von 3 nm Größe aufgeführt. Von beiden waren genügend Agglomerate vorhanden, an denen das Zetapotenzial bestimmt werden konnte. Da keine Methode bekannt ist, mit Hilfe derer man das Zetapotenzial so kleiner Partikel bestimmen kann, könnte diese indirekte Methode helfen, zumindest plausible Ergebnisse zu erhalten.

Gemessen an der Größe von 3 nm war die Konzentration des Silberkolloids mit 10 ppm sehr gering. Für die Mehrzahl Grenzflächenpotenzial bestimmender Methoden liegt die Konzentration unterhalb der Minimalanforderung. Die ZetaView-Methode kann also für Proben, welche die Minimalkonzentration elektrokinetischer Messgeräte unterschreiten, zur Methode der Wahl werden.

Mit keiner anderen Methode lassen sich auf einfache Weise Zetapotenzialfraktionen Größen- und Formklassen zuordnen. Selbst wenn wie in Milch Fetttröpfchen und Kaseinteilchen dasselbe Zetapotenzial von -18 mV aufweisen, ist das Ergebnis interessant. Man erhält die Gewissheit, dass beide Partikelsorten erfasst sind.

Abhängigkeiten des Zetapotenzials

Bei Metalloxiden, Proteinen, Edelmetallkolloiden und vielen anderen Stoffsystemen hängt die elektrophoretische Mobilität vom pH-Wert ab. Die Elektrolytkonzentration bewirkt den Grad der Abschirmung der Grenzflächenladung und hat ebenfalls maßgeblichen Einfluss auf das Zetapotenzial. Um diese Abhängigkeiten leicht bestimmen zu können, wird ein Titrations-automat eingesetzt, der über die ZetaView-Software gesteuert wird. Generell ist das Zetapotenzial immer im Zusammenhang mit der Ionenumgebung zu nennen, ansonsten kann es eine reine Hausnummer bedeuten.

Größe per Brown´scher Bewegung

Die Zappelbewegung der Partikel als Diffusionskonstante D ausgedrückt und in die Stokes-Einstein-Gleichung eingesetzt, ergibt die Partikelgröße dp. Man misst dazu die Auslenkung Δx während eines Zeitintervalls von Δt eines jeden Teilchens. Die Stokes-Einstein Formel verlangt noch die Temperatur T und die Viskosität η des Mediums. Die Temperatur wird von einem Sensor in die Software eingelesen. Die entsprechenden Viskositätswerte sind tabelliert. Die Stokes-Einstein-Formel wird wie folgt beschrieben:

D = <Δx>2 / Δt →

Stokes-Einstein D = kT / ηdp

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