O que é o potencial zeta? – 2 : Fatores que afetam o potencial zeta



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 Fatores que afetam o potencial zeta

 

1. pH

Em solução aquosa, o pH da amostra atua como o fator mais importante para o potencial zeta. Um valor de potencial zeta cujo estado da solução não é claro é, na verdade, sem sentido.

Pensemos em partículas em suspensão com um valor negativo de potencial zeta. Se adicionarmos mais álcali à suspensão, as partículas apresentarão uma carga negativa ainda mais forte. Se adicionarmos ácido à suspensão, atingirá o ponto de neutralidade. Se mais ácido for adicionado, adquire uma carga positiva. Assim, a relação entre potencial zeta e pH é tal que a valores baixos de pH correspondem valores positivos, e a altos valores de pH correspondem valores baixos ou negativos.

Existem casos em que o potencial zeta atinge zero. Chamamos este ponto de ponto isoelétrico, que é um valor importante para compreender as partículas.

Geralmente, no ponto isoelétrico de um sistema coloidal, a estabilidade mínima pode ser mantida. A relação típica entre potencial zeta e pH é mostrada na Fig.8.

 

 

 











Nesta exemplo, pode-se ver que o ponto isoelétrico da amostra é aproximadamente pH 5.5. Além disso, é possível prever a estabilidade quando o pH está abaixo de 4 (se houver uma carga positiva suficiente) e quando o pH é maior que 7.5 (se houver carga negativa suficiente). Com valores de pH entre 4 e 7.5 e quando o potencial zeta está entre +30 e -30, problemas de estabilidade de dispersão podem ocorrer.

2. Condutividade

A espessura da camada dupla é determinada pela concentração de íons na solução e pode ser calculada pela força iônica na solução. Uma força iônica alta forma uma camada dupla mais compacta. A valência dos íons também influencia a espessura da camada dupla.

e Al³⁺ formam uma camada dupla mais espessa do que com íons monovalentes .
Os íons inorgânicos podem afetar a carga na superfície das partículas de duas maneiras.

i) Quando a adsorção de íons que não afetam o ponto isoelétrico não ocorre 

 

ii) Quando ocorre a adsorção a íons específicos que podem impactar o ponto isoelétrico A adsorção específica de íons na superfície das partículas pode ter um grande impacto no potencial zeta de dispersão das partículas, mesmo em baixas concentrações. Em alguns casos, a adsorção específica de íons pode inverter a carga.

3. Concentração dos Componentes

A influência da concentração dos componentes no potencial zeta fornece informações que podem ajudar a alcançar estabilidade máxima. O conhecimento sobre o efeito de substâncias conhecidas no potencial zeta de uma amostra é uma ferramenta eficaz para evitar precipitação.

Efeito Eletrocinético

Uma consequência importante da presença de carga na superfície das partículas é a interação em um campo eletrostático dado. Chamamos esse efeito de efeito eletrocinético. Há quatro efeitos que resultam do movimento induzido.

Eletroforese: Movimento de partículas carregadas em suspensão sob influência de um campo elétrico dado 

 





Eletroosmose: Movimento de solução sobre uma superfície de carga fixa sob influência de um campo elétrico dado

Fluxo de Potencial: Geração de um campo elétrico quando ocorre fluxo rápido sobre uma superfície de carga fixa

 



Potencial de Sedimentação: Geração de um campo elétrico quando partículas carregadas sedimentam

  Eletroforese

Quando um campo elétrico é aplicado a um eletrólito, partículas carregadas dentro do eletrólito são atraídas para o eletrodo com carga oposta. As forças viscosas têm tendência a se opor a este movimento.

Quando essas duas forças se equilibram, as partículas se movem com velocidade constante, influenciada pela força do campo elétrico ou voltagem, pela constante dielétrica do solvente, pela viscosidade do solvente e pelo potencial zeta. A velocidade das partículas sob um campo elétrico unitário se relaciona com a mobilidade eletroforética e é influenciada pelo potencial zeta através da equação de Henry.

UE = 2 ε z f(κa)
3η

UE é a mobilidade eletroforética, z é o potencial zeta, ε é a constante dielétrica, η é a viscosidade, e f(κa) é a função de Henry.

A unidade de κ, definida como o comprimento de Debye, representa a inversa do comprimento e κ-1 é frequentemente usado como a “espessura” da dupla camada elétrica.

a indica o raio das partículas, e κa pode ser expresso como a proporção do raio das partículas à espessura da dupla camada elétrica. A determinação do potencial zeta pela eletroforese ocorre principalmente em soluções aquosas ou em concentrações adequadas de eletrólitos. Nestes casos, F(κa) é 1.5, conhecido como a aproximação de Smoluchowski.

Portanto, o cálculo do potencial zeta baseado na mobilidade é preciso no modelo de Smoluchowski para partículas maiores que 0.2 micrômetros dispersas em eletrólitos com mol de sal.

Para pequenas partículas em solventes de baixa constante dielétrica, o valor de F(κa) é 1, possibilitando um cálculo simples. Isso é conhecido como a abordagem de Huckel.  

 

  

Medição da Velocidade Eletroforética

O sistema de microuso de eletromovibilidade é um capilar com elétrodos onde existe uma diferença de potencial.

Quando as partículas se movem em direção ao eletrodo, a sua velocidade é medida e isso se expressa como uma força de campo unitário da mobilidade das partículas.

Métodos convencionais usam um ultramicroscópio para observar diretamente e calcular trajetos percorridos das partículas individuais. Apesar de ainda ser muito utilizado no mundo todo, esse método pode ser inconveniente, especialmente ao observar partículas pequenas ou quando há muita dispersão irregular, requerendo um grande esforço.

A tecnologia da série Zetasizer Nano da Malvern Instruments utiliza a técnica de Doppler a laser (M3-PALS).

Tecnologia M3-PALS

A série Zetasizer Nano é equipada com M3-PALS (patenteada) que mede a eletroforese de partículas com precisão. Ela utiliza uma combinação de viscometria a laser de Doppler e análise de luz difusa.

O método M3-PALS é capaz de medir amostras de mobilidade muito baixa e calcular sua distribuição de mobilidade.

PALS é 100 vezes mais eficiente que métodos convencionais.

É apta a medir a condutividade elétrica elevada e também a precisão na mobilidade em não eletrólitos, dispersos tanto em materiais de baixa mobilidade. Além disso, usa baixa tensão para evitar defeitos de aquecimento.
Discussões e vários artigos relacionados à técnica de eletroforese a laser Doppler e à tecnologia M3-PALS estão disponíveis no site da Malvern Instruments.