Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
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M45: Zeta-Potenzial-Messung<br />
Aus Metallen können Elektronen in die Lösung<br />
übertreten.<br />
Bei Mineralien tritt häufig isomorphe<br />
Substitution (= Einbau an<strong>der</strong>swertiger<br />
Ionen in Gitterleerstellen) auf.<br />
Bei je<strong>der</strong> Rel<strong>at</strong>ivbewegung zwischen <strong>der</strong> festen<br />
und flüssigen Phase wird die diffuse Schicht ganz<br />
o<strong>der</strong> teilweise abgeschert. Das Potenzial an dieser<br />
Scherebene ist das sogenannte elektrokinetische<br />
o<strong>der</strong> Zeta-Potenzial (ζ).<br />
Die Anreicherung von Ladungen an <strong>der</strong> Phasengrenze<br />
führt zur Ausbildung einer elektrochemischen<br />
Doppelschicht. Das ist jener Bereich, in dem<br />
das elektrische Potenzial ausgehend vom Oberflächenpotenzial<br />
ψ O bis zum Gleichgewichtswert in <strong>der</strong><br />
flüssigen Phase abfällt.<br />
Die elektrische Doppelschicht besteht nach<br />
dem Modell von Stern aus fest adsorbierten Ionen<br />
(Stern- o<strong>der</strong> Helmholtz-Schicht) und einer diffusen<br />
Schicht (Gouy-Chapman-Schicht) von beweglichen<br />
Gegenionen (Abb. 1). Innerhalb <strong>der</strong> starren Schicht<br />
ist <strong>der</strong> Potenzialverlauf linear während das Potenzial<br />
in <strong>der</strong> diffusen Schicht exponentiell abfällt. Das<br />
Potenzial an <strong>der</strong> Grenze zwischen dem starren und<br />
dem diffusen Teil <strong>der</strong> elektrischen Doppelschicht<br />
bezeichnet man als Stern-Potenzial.<br />
Methoden <strong>der</strong> Zeta-Potenzial-<br />
Messung<br />
Das durch das Abscheren <strong>der</strong> diffusen Schicht<br />
entstandene Ladungsungleichgewicht führt zu<br />
einer Reihe von elektrokinetischen Effekten. Die<br />
beiden wichtigsten, die auch zur Bestimmung des<br />
Zeta-Potenzials ausgenützt werden, sind die Elektrophorese<br />
und das Strömungspotenzial. Während<br />
die Elektrophorese zur Messung des Zeta-Potenzials<br />
kleiner Teilchen (z.B. Nanopartikel) verwendet<br />
wird, dient das Strömungspotenzial in erster Linie<br />
zur Messung an makroskopischen Oberflächen<br />
wie Pl<strong>at</strong>ten, Filmen, Fasern, Membranen und Granul<strong>at</strong>en<br />
[1].<br />
Als Elektrophorese bezeichnet man die Wan<strong>der</strong>ung<br />
von geladenen Teilchen (meist kolloidalen<br />
Partikeln o<strong>der</strong> Makromolekülen) im elektrischen<br />
Feld. Die elektrophoretische Beweglichkeit µ <strong>der</strong><br />
Teilchen steht in direktem Zusammenhang mit dem<br />
Zeta-Potenzial. Meist wird die Helmholtz-Smoluchowski-Näherung<br />
zur Berechnung des Zeta-Potenzials<br />
verwendet:<br />
Abbildung 2:<br />
Schema einer oszillierenden Strömungspotenzialmessung.<br />
ζ … dynamische Viskosität ε . ε 0 … Dielektrizitätskonstante<br />
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<strong>Handbuch</strong> <strong>der</strong> <strong>Nanoanalytik</strong> <strong>Steiermark</strong> <strong>2005</strong>