Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

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