Einführung in das Prinzip und die Messmethoden des Zeta-Potentials

Elektrische Doppelschicht

Die Bestimmung der Endladung auf der Partikeloberfläche wird durch den Anstieg der Dichte der Gegenionen (Ionen mit entgegengesetzter Ladung in der Nähe der Oberfläche) beeinflusst, was die Verteilung der Ionen im angrenzenden Kontaktbereich beeinflusst. Auf diese Weise bildet sich die elektrische Doppelschicht um jedes Partikel.

Zeta-Potenzial

Um die Partikel herum existieren zwei flüssige Schichten: ein innerer Bereich (Stern-Schicht: Elektronenschicht) mit starken Ionengrenzen und ein loser, damit verbundener äußerer (diffuser) Bereich. Der äußere Bereich ist der theoretische Grenzwert, an dem Ionen und Partikel stabil existieren. Zum Beispiel, wenn sich Partikel bewegen (beeinflusst durch die Schwerkraft), bewegen sich die Ionen innerhalb der Grenzen. Ionen außerhalb dieser Grenze existieren als große dispergierende Mittel. Das Potenzial dieser Grenze (die hydrodynamische Scherung der Oberfläche) ist das Zeta-Potenzial. (Abbildung 7).

• pH

Im Wasser hilft der pH-Wert der Probe als wichtigster Faktor, das Zeta-Potenzial zu bestimmen. Man nehme zum Beispiel an, dass negative Partikel in einer Suspension vorhanden sind.
Wenn Alkalien zur Suspension hinzugefügt werden, tragen die Partikel zunehmend negativere Ladungen. Wenn Säuren zur Suspension hinzugefügt werden, werden die Ladungen bis zur Neutralität zurückgeführt. Wenn kontinuierlich Säuren hinzugefügt werden, werden positiv geladene Zustände erreicht.

In diesem Fall zeigt die pH-Zeta-Potenzial-Kurve einen positiven Wert bei niedrigem pH und einen negativen Wert bei hohem pH. Wenn das Zeta-Potenzial in Bezug auf den pH-Wert dargestellt wird und der Potenzialwert 0 erreicht, wird dies als IEP (Isoelektrischer Punkt) bezeichnet, was ein wichtiger Wert beim Verständnis von Partikeln ist. Im Allgemeinen sollte in kolloidalen Systemen das Potenzial höher als der IEP sein, um zumindest eine minimale Stabilität zu sichern.

• Leitfähigkeit

Die Dicke der Doppelschicht (κ-1) wird durch die Ionenladung im Elektrolyten bestimmt und kann basierend auf der Stärke der Ionen im Elektrolyten berechnet werden. Eine größere Ionenstärke ermöglicht den Aufbau einer dichteren Doppelschicht. Auch die Ionenart beeinflusst die Dicke der Doppelschicht.
Al3+-Ionen bilden eine dichtere Doppelschicht im Vergleich zu Na+-Ionen.

Anorganische Ionen ändern die Oberflächenladung durch einen von zwei Mechanismen. i) keine spezifische Adsorption und somit keine Veränderung des IEP, oder ii) spezifische Adsorption, die das IEP beeinflusst. Die spezifische Ion-Adsorption an der Partikeloberfläche kann (auch in niedrigen Konzentrationen) das Zeta-Potenzial signifikant beeinflussen. In bestimmten Fällen kann durch spezifische Adsorption eine Umkehrung der Ladung beobachtet werden.