Mesure du potentiel zêta

L'analyse du potentiel zêta peut être effectuée avec les instruments Microtrac qui fonctionnent sur la base de la diffusion dynamique de la lumière (DLS). Cette famille de produits se compose d'analyseurs qui fournissent des informations sur la taille des particules, le potentiel zêta, la concentration et le poids moléculaire en un seul système. Microtrac est un pionnier de l'analyse de la taille des particules et développe des analyseurs DLS depuis plus de 30 ans.

Analyseur de taille de nanoparticules NANOTRAC WAVE II

Analyseur précis du potentiel zêta et de la taille des particules
Technologie: Diffusion dynamique de la lumière
Plage de mesure 0.3 nm - 10 µm
Informations produit

Analyseur du potentiel zêta STABINO ZETA

Size measurement: yes (only in combination with NANOTRAC FLEX)
Gamme de mesure du zêta (taille): 0.3 nm - 300 µm
pH measurement range: 1 to 14
Informations produit

Mesure du potentiel zêta Introduction

Lorsque des particules, des gouttelettes ou des colloïdes sont présents dans un liquide, il se forme généralement une double couche électrique, constituée d'ions dans le liquide. Cela se produit parce que les surfaces des particules portent généralement une charge de surface qui attire ces ions. Si la particule se déplace dans le liquide, la double couche électrique se déplace avec elle, le long du plan dit de glissement, c'est-à-dire l'interface de la double couche électrique avec le liquide environnant. Le potentiel électrique à ce plan de glissement est le potentiel zêta. Le potentiel zêta est exprimé en millivolts et se situe généralement entre -200 mV et + 200 mV.

Exemple: Particule en solution aqueuse avec double couche électrique d'ions

	Couche	Potentiel
1.	Charge de surface (négative)	Potentiel de surface
2.	Couche de Stern	Potentiel de Stern
3.	Plan de glissement (plan de cisaillement)	ζ potentiel (potentiel zeta)

Effets de la modification du potentiel zêta

Lorsque les particules ont un potentiel zêta fortement positif ou fortement négatif, il existe également une interaction électrostatique fortement répulsive entre les particules. Cela empêche les particules de se rapprocher les unes des autres et de former des agglomérats.

Selon la théorie DLVO, lorsque les particules sont proches les unes des autres, les forces de Van der Waals, basées sur des interactions dipôle-dipôle, entrent en jeu. Ces forces ont un effet d'attraction. A un potentiel zêta proche de zéro, l'effet répulsif de la double couche électrique est faible, et la coagulation est plus susceptible de se produire.

Le potentiel zêta n'est pas une mesure directe de la stabilité d'une dispersion, mais il fournit une bonne prédiction de la stabilité. L'analyse du potentiel zêta étant beaucoup plus facile et rapide à réaliser qu'une mesure de stabilité, le potentiel zêta est souvent utilisé pour évaluer la qualité de la dispersion.

La modification de la composition et de la concentration de l'électrolyte entraîne un déplacement du potentiel zêta.

Le graphique suivant visualise l'effet avec cinq échantillons d'examen :

(1) -20,6 mV (2) -16,8 mV (3) -9,9 mV (4) +13,9 mV (5) +15,1 mV

Effets de la modification du potentiel zêta

Avec l'ajout croissant d'un polyélectrolyte positif, la taille des particules de l'échantillon change également : (1) rouge, (2) vert, (3) jaune, (4) bleu, (5) violet.

Facteurs qui influencent le potentiel zêta

La mesure du potentiel zêta est, d'une part basée sur les propriétés des particules, c'est-à-dire le type de matériau et l'état de surface, d'autre part, elle dépend fortement du liquide de dispersion. Ici, le type et la concentration des électrolytes (ions dissous) jouent un rôle décisif.

Très souvent, le potentiel zêta est déterminé à différentes valeurs de pH, et un changement significatif est observé en fonction du matériau. Dans de nombreux cas, le potentiel zêta passe de valeurs positives à négatives lorsque le pH augmente. Le pH auquel le potentiel zêta est nul est également appelé point isoélectrique. A ce niveau, il est très probable qu'une floculation ou une agglomération se produise, car la double couche électrique y est pratiquement neutralisée.

C'est pourquoi la mesure du potentiel zêta est souvent effectuée en combinaison avec un titrage à différentes valeurs de pH.

Mesure du potentiel zêta avec un analyseur de particules

Il existe plusieurs façons d'analyser le potentiel zêta. La technique la plus répandue est l'électrophorèse laser à effet Doppler, qui est également utilisée dans les analyseurs de particules Microtrac. Les analyseurs Microtrac pour la mesure du potentiel zêta fonctionnent sur la technologie de diffusion dynamique de la lumière (DLS) et utilisent la même méthodologie de spectre de puissance que celle appliquée pour mesurer les nanoparticules.

Les signaux de détection renforcés par laser sont détectés en rétrodiffusion, comme dans la mesure de la taille, et le changement rapide des champs électriques appliqués empêche l'électro-osmose. Deux sondes sont utilisées, l'une pour déterminer la polarité de la charge des particules (électrode) et l'autre pour mesurer la mobilité des particules dans un champ électrique (sonde optique).

Dans la cellule d'échantillonnage, les particules cationiques (positives) sont attirées vers la sonde optique et les particules anioniques (négatives) vers l'électrode. L'analyse est basée sur la détermination de la mobilité des particules chargées dans un champ électrique alternatif.

1. Source d'excitation | 2. Cellule zêta en téflon | 3. Electrode de fond | 4. Sonde optique

Le potentiel zêta est donc déterminé par l'analyse du spectre de puissance modulée du mouvement brownien combiné au mouvement induit par le champ électrique (vitesse de la particule). Le potentiel zêta est proportionnel à la mobilité. Pour convertir la mobilité électrophorétique en potentiel zêta, les paramètres suivants doivent être pris en compte : La constante diélectrique et le coefficient de Henry.

Des valeurs bibliographiques sont disponibles pour la constante diélectrique. Le coefficient de Henry est basé sur le rapport entre l'épaisseur de la double couche électrique et la taille de la particule. Différents modèles ou approximations sont utilisés pour cela, en fonction du type de dispersion. Pour les systèmes aqueux, il s'agit de l'approximation de Smoluchowski, pour les systèmes non polaires, de l'approximation de Hueckel.

Les deux modèles sont enregistrés dans le programme d'évaluation des analyseurs de taille de particules Microtrac.

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Analyseur précis du potentiel zêta des particules, idéal pour caractériser les nanoparticules

NANOTRAC WAVE II

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Mesure du potentiel zêta - FAQ

Qu'est-ce que le potentiel zêta ?

Le potentiel zêta est le potentiel électrique au niveau du plan de cisaillement des nanoparticules, des gouttelettes ou des colloïdes. Les nanoparticules dispersées dans un milieu liquide forment une charge à la surface, appelée double couche. Celle-ci est compensée par l'ajout de contre-ions à la charge de surface. Si une particule se déplace en solution, les ions se déplacent avec elle, et une chute de potentiel se produit entre les différentes couches. Cette différence s'appelle le potentiel zêta.

Comment le potentiel zêta est-il analysé ?

Le potentiel zêta est mesuré indirectement par la mobilité électrophorétique des particules. Il existe plusieurs façons d'analyser le potentiel zêta, mais on utilise surtout l'électrophorèse Doppler au laser. Pendant une mesure, les particules positives sont attirées vers l'anode et les particules négatives vers la cathode, ce qui détermine la mobilité des particules chargées dans un champ électrique alternatif. Le potentiel zêta est calculé à partir de la mobilité via l'équation de Henry ou de Smoluchowski.

Pourquoi le potentiel zêta est-il important ?

Le potentiel zêta peut être un indicateur de la stabilité d'une dispersion ou d'une émulsion. En général, plus l'amplitude du potentiel est élevée, meilleure est la stabilité de la dispersion ou de l'émulsion. Pour la stabilité, le signe (positif ou négatif) de la dispersion n'a pas d'importance. Toutefois, le signe de la dispersion peut avoir un impact considérable sur l'application de la dispersion.

Comment le potentiel zêta peut-il être influencé ou modifié ?

Le potentiel zêta peut être influencé par de nombreux facteurs comme la valeur du pH ou la conductivité. Ces deux facteurs jouent un rôle clé dans la magnitude et le signe du potentiel zêta. Les polyélectrolytes peuvent avoir une influence similaire. Si le signe change, il passe le point isoélectrique (pH) ou le point zéro de la charge (polyélectrolytes). A ce point, le potentiel zêta est de ±0. Une forte dilution peut également produire cet effet.