¿Qué es el potencial zeta? – 2: Factores que afectan el potencial zeta



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 Factores que afectan el potencial zeta

 

1. pH

En solución acuosa, el pH de la muestra actúa como el factor más importante para el potencial zeta. Un valor de potencial zeta que no tenga condiciones claras de la solución es prácticamente un valor sin significado.

Consideremos una partícula en suspensión que tenga un valor negativo de potencial zeta. Al añadir más alcalino a la suspensión, la partícula tendrá una carga negativa más fuerte. Si se añade ácido a la suspensión, se alcanzará un punto de neutralidad. Al añadir más ácido, la partícula adquirirá carga positiva. Por lo tanto, la relación entre el potencial zeta y el pH muestra valores positivos a bajos pH y valores negativos o bajos a altos pH.

Además, puede haber casos en los que el potencial zeta sea cero, conocido como el punto isoeléctrico, que es un valor importante para entender las partículas.

En sistemas coloidales, el punto isoeléctrico suele mantener la mínima estabilidad. La relación típica entre potencial zeta y pH está ilustrada en Fig.8.

 

 

 









En este ejemplo, se puede ver que el valor isoeléctrico del ejemplo es aproximadamente pH 5.5. Además, la estabilidad puede predecirse si el pH es menor que 4 (donde hay suficiente carga positiva) y cuando el pH es mayor que 7.5 (donde hay suficiente carga negativa). Cuando el pH está entre 4 y 7.5 y el potencial zeta es entre +30 y -30, puede surgir un problema de estabilidad de dispersión.

2. Conductividad

El grosor de la doble capa se determina por la concentración de iones en la solución y se calcula basándose en la fuerza iónica dentro de la solución. Si la fuerza iónica es alta se formará una doble capa más comprimida. La valencia de los iones también afecta al grosor de la doble capa.

 Un ion de aluminio con carga 3+, como en en comparación con uno de carga 1+, forma una doble capa más gruesa. Los iones inorgánicos pueden verse influenciados por la carga superficial de dos maneras.

i) Sin ion adsorbido que influencie en el punto isoeléctrico 

 

ii) Adsorción de iones que pueden influenciar el punto isoeléctrico. La adsorción de iones específicos en la superficie de partículas, incluso a bajas concentraciones, puede tener un gran impacto en el potencial zeta de dispersión de las partículas. En algunos casos, la adsorción de carga específica puede invertir la carga de la partícula.

3. Concentración de los componentes

La influencia de la concentración de los componentes sobre el potencial zeta proporciona información que puede asegurar la máxima estabilidad. Comprender cómo ciertas sustancias afectan al potencial zeta de la muestra es una herramienta útil para prevenir la precipitación.

Efectos electrocinéticos

Una consecuencia importante de la carga presente en la superficie de las partículas es que interactúan dentro de un campo eléctrico dado. Este fenómeno se define como efecto electrocinético. Hay cuatro efectos relacionados con este movimiento inducido en un campo eléctrico.

Electroforesis: Movimiento de las partículas cargadas en una suspensión bajo un campo eléctrico dado. 

 





Electroósmosis: Movimiento de la solución en la superficie cargada ante un campo eléctrico dado.

Flujo de potencial: Generación de un campo eléctrico cuando un flujo rápido ocurre a lo largo de una superficie cargada. 

 



Potencial de sedimentación: Generación de un campo eléctrico cuando partículas cargadas se sedimentan.

 Electroforesis

Cuando un campo eléctrico se aplica a un electrolito, las partículas cargadas en la solución son atraídas por el electrodo con carga opuesta. La fuerza viscoelástica se opone a este movimiento.

Cuando estas dos fuerzas se equilibran, la partícula alcanza una velocidad constante. Esta velocidad está influida por la magnitud del campo eléctrico o del cambio de tensión, la constante dieléctrica y la viscosidad del solvente, y el potencial zeta. La velocidad de las partículas bajo un campo unitario está relacionada con la movilidad electroforética. El potencial zeta está relacionado con la movilidad definida por la ecuación de Henry.

UE = 2 ε z f(κa)
3η

UE es la movilidad electroforética y z es el potencial zeta, ε es la constante dieléctrica, η es la viscosidad y f(κa) es la función de Henry.

La unidad de κ definida en términos de Debye (unidad de momento dipolar eléctrico) es unidad de longitud inversa y κ -1 a menudo se utiliza como «grosor» de la doble capa eléctrica.

a representa el radio de la partícula y por lo tanto, κa se puede representar como el grosor de la doble capa eléctrica en comparación con el radio de la partícula. La determinación electroforética del potencial zeta se realiza generalmente en solución acuosa o a concentración apropiada de electrolito. En tales casos, F(κa) es 1.5, conocido como la aproximación de Smoluchowski.

Por lo tanto, el cálculo del potencial zeta basado en movilidad, esto es, es preciso para partículas mayores que 0.2 micrones dispersas en electrolitos con una mol de sal por litro. Este modelo sigue la ecuación de Smoluchowski.

Para partículas pequeñas en disolventes de baja constante dieléctrica, el valor de F(κa) es 1, lo que hace posible un cálculo sencillo. Esto se conoce como el enfoque de Huckel. 

 

  

Medición de la velocidad electroforética

El elemento del sistema micro-electrocinético es una celda capilar con electrodos donde hay una diferencia de potencial.

Cuando las partículas se mueven hacia el electrodo, su velocidad se mide y se expresa en términos de fuerza de campo unitario en la movilidad de la partícula.

Los métodos convencionales evolucionan a partir de observar directamente partículas individuales mediante un ultramicroscopio y calcularlo como distancia medida. Aunque este método sigue siendo ampliamente utilizado en el mundo, presenta ciertas desventajas, especialmente cuando las partículas son pequeñas o exhiben dispersión irregular, haciendo difícil la medición.

La tecnología de la serie Zetasizer Nano de Malvern exhibe un método de electroforesis láser Doppler que emplea la técnica M3-PALS (patentado).

Tecnología M3-PALS

La serie Zetasizer Nano utiliza una combinación de medidor de viscosidad láser Doppler y dispersión de luz para analizar el movimiento de las partículas mediantes la técnica patentada M3-PALS, permitiendo mediciones de electroforesis de partículas.

El método M3-PALS posibilita que incluso se puedan medir muestras de movilidad muy baja y calcular su distribución de movilidad.

Comparado con los métodos tradicionales, PALS es 100 veces más eficiente.

Se pueden medir muestras con alta conductividad eléctrica y materiales con baja movilidad dispersos en no-electrolitos con precisión. Además, utiliza bajo voltaje para evitar defectos relacionados con el efecto de calentamiento Joule.Muchos artículos y discusiones sobre la electroforesis láser Doppler y la tecnología M3-PALS están disponibles en el sitio web de Malvern Instruments.