ゼータ電位とは？ – 2 : ゼータ電位に影響を与える因子



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 ゼータ電位に影響を与える因子

 

1. pH

水溶液ではサンプルのpHがゼータ電位に最も重要な因子として作用します。溶液の条件が明確でないゼータ電位値は事実上意味のない値です。

懸濁液で負のゼータ電位値を持つ粒子を考えてみましょう。アルカリが懸濁液にさらに添加されると粒子はより強い負電荷を帯びることになるでしょう。もし酸が懸濁液に添加されると中性を帯びる点まで達するでしょう。さらに酸を添加すると正電荷を帯びることになるでしょう。したがってゼータ電位とpH値の相互関係は低いpH値では正の値を示し、高いpH値では低い値や負の値を持つことになります。

そしてゼータ電位が0になる値を示す場合もあるでしょう。このような点を等電位点と呼び、これは粒子を理解するための重要な値です。

一般的にコロイド系において等電位点である場合は最小限の安定性を維持することができます。典型的なゼータ電位とpHの相関をFig.8に示しました。

 

 

 











動電気的効果

粒子表面に電荷が存在する重要な結果は、特定の電場で相互反応することです。この効果を動電気的効果と定義します。これにより誘発される4つの効果があります。

電気泳動：特定の電場に影響を受ける懸濁液中の負荷粒子の動き 

 







 電気泳動

電解質に電場が供給されると電荷を帯びた粒子が電解質に入ると反対の電荷を持つ電極棒に引き寄せられます。粘性力はこの動きに対抗する傾向があります。

この2つの力が中和されると粒子は一定の速度を持つようになります。この速度は電場の力や電圧の変動、溶媒の誘電定数、溶媒の粘度、ゼータ電位の影響を受けます。単位電場における粒子の速度は電気流動の移動性と関連しています。ゼータ電位はヘンリー方程式で定義される電気流の移動性と関連しています。

UE = 2 ε z f(κa)
3η

UEは電気流動の移動性で、zはゼータ電位、εは誘電定数、ηは粘度で、f(κa)はヘンリーの関数です。

デバイ（電気二極モーメントの単位）の長さで定義されるκの単位は逆長を示し、κ-1はしばしば電気的二重層の「厚さ」として使われます。

aは粒子半径を示し、したがってκaは電気的二重層の厚さに対する粒子半径の比として表現することができます。ゼータ電位の電気泳動の決定は多くの場合、水溶液状態で行われるか、適切な電解質濃度で決定されます。このような場合、F(κa)は1.5で、これはスモルコフスキーのアプローチとして知られています。

したがって流動性に基づくゼータ電位の計算は、スモルコフスキーのモデルで精度が高く一致します。

低い誘電体の媒体にある小さな粒子の場合、F(κa)の値は1であり、簡単な計算が可能です。これはハッケルのアプローチとして知られています。 

 

  

電気泳動速度測定

マイクロ電子移動システムの要素は、電位差が存在する電極がある毛細管セルです。

粒子が電極に移動するとその速度が測定され、これが粒子の流動性について単位フィールド力で示されます。

古典的な方法はウルトラ顕微鏡を使用して直接的に個々の粒子を観察し、測定された距離として計算する過程です。これは今でも世界的に広く使われている方法にもかかわらず、いくつかの不便があり、特に小さな粒子や散乱が不安定な場合に測定するのに非常に多くの努力が必要です。

マルバーンのZetasizer Nano range of instruments技術はM3-PALSを搭載したレーザー・ドップラー電子移動方式です。

M3-PALS技術

ゼータサイザー ナノシリーズは、粒子の電気泳動を測定できるM3-PALS（特許）のレーザー・ドップラー粘度計と位相分析光散乱装置の組み合わせを使用しています。

M3-PALS手法は非常に低い流動性のサンプルも測定可能で、彼らの流動性分布も計算可能です。

PALSは従来の測定方法よりも100倍効率的です。

これは高い電気伝導度物質の測定も可能で、非電解質に分散されている流動性が低い物質の測定も正確に行えます。さらに、ジュール発熱効果による欠陥を避けるため低い電圧を使用しています。

レーザー・ドップラー電気泳動技術とM3-PALSに関連する多くの議論やさまざまな論文はMalvern Instrumentsウェブサイトで見つけることができます。