Исследования проводятся на установке Photocor Compact-Z (Фотокор, Россия) для коллоидных растворов.
Измерение дзета-потенциала используется для определения стабильности растворов и коллоидов. Значение дзета-потенциала равное 30 мВ (положительное или отрицательное) можно рассматривать как характерное значение, для условного разделения низко-заряженных поверхностей и высоко-заряженных поверхностей. Чем больше электрокинетический потенциал, тем устойчивее коллоид.
Метод измерений основан на исследовании динамического рассеяния света в режиме измерения скорости потока (в режиме лазерного допплеровского анемометра). Данный метод является абсолютным и не нуждается в предварительной калибровке. Возможно проведение исследований концентрированных и непрозрачных систем. Прибор позволяет исследовать зависимости дзета-потенциала от уровня pH в растворе.
Источником излучения служит термостабилизированный диодный лазер с длиной волны 659 нм (мощностью 25 мВт). Необходимый для исследования объем образца – 2 мл (используются стандартные стеклянные кюветы). В кювету с раствором погружается универсальный адаптер из фторопласта с стекло-углеродными или золотыми электродами.
Методика измерений.
В дисперсных системах на поверхности частиц (на границе раздела частица-дисперсионная среда) возникает двойной электрический слой (ДЭС), состоящий из потенциалопределяющих ионов и слоя противоионов, расположенных в дисперсионной среде.
Слой противоионов состоит из двух слоев:
• Адсорбционный слой (плотный слой), примыкающий непосредственно к межфазной поверхности. Данный слой формируется в результате электростатического взаимодействия с потенциалопределяющими ионами и специфической адсорбции.
• Диффузный слой, в котором находятся противоионы. Эти противоионы притягиваются к частице за счет электростатических сил. Толщина диффузного слоя зависит от свойств системы и может достигать больших значений.
При движении частицы двойной электрический слой разрывается. Место разрыва при перемещении твердой и жидкой фаз друг относительно друга называется плоскостью скольжения. Плоскость скольжения лежит на границе между диффузными и адсорбционными слоями, либо в диффузном слое вблизи этой границы. Потенциал на плоскости скольжения называют электрокинетическим или дзета-потенциалом (ζ-потенциал). Другими словами, дзета-потенциал - это разность потенциалов дисперсионной среды и неподвижного слоя жидкости, окружающего частицу.
Для молекул и частиц, которые достаточно малы, высокий ζ-потенциал будет означать стабильность, т.е. раствор или дисперсия будет устойчивы по отношению к агрегации. Когда ζ-потенциал низкий, притяжение превышает отталкивание, и устойчивость дисперсии будет нарушаться. Так, коллоиды с высоким ζ-потенциалом являются электрически стабилизированными, в то время, как коллоиды с низким ζ-потенциалом склонны коагулировать или флокулировать.
Для измерения дзета-потенциала используется метод электрофоретического рассеяния света. Этот метод основан на методе динамического рассеяния света в конфигурации лазерного доплеровского анемометра (ЛДА), который используется для измерения скоростей потоков жидкости и газа. Для измерения заряда частиц в исследуемый образец помещается пара электродов, на которые подается постоянное напряжение. Частицы в образце будут двигаться к электроду противоположного заряда с определенной скоростью. Скорость движения частиц измеряется с помощью лазерного доплеровского анемометра. В режиме измерения скорости в спектре рассеянного света появляется компонента, смещенная относительно несущей частоты на величину допплеровской частоты, которая пропорциональна скорости движущихся частиц.
Скорость движения частиц в поле, рассчитанная из фазовой функции, позволяет определить электрофоретическую подвижность частиц:
μE=ν/E
v - скорость движения заряженных частиц в электрическом поле с напряженностью E.
Электрофоретическая подвижность частиц пересчитывается в дзета-потенциал с использованием теории Смолуховского и применением поправок для различной толщины двойного электрического слоя.
ζ=(3ημE)/2ε
ζ – дзета-потенциал, ε – диэлектрическая проницаемость, η – вязкость.
Ссылки:
ISO13099-1-2012;
ISO13099-2-2012
Камминс Г., Пайк Э. Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов. М.: Мир, 1978;
Анализаторы размеров частиц серии Photocor. Руководство пользователя. ООО "Фотокор". Веб-сайт: www.photocor.ru.
