~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Arc.Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Номер скриншота №:
✰ 1DB2BAAC61A237D825C9729C9784E343__1694400360 ✰
Заголовок документа оригинал.:
✰ Zeta potential - Wikipedia ✰
Заголовок документа перевод.:
✰ Дзета-потенциал — Википедия ✰
Снимок документа находящегося по адресу (URL):
✰ https://en.wikipedia.org/wiki/Zeta_potential ✰
Адрес хранения снимка оригинал (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/1d/43/1db2baac61a237d825c9729c9784e343.html ✰
Адрес хранения снимка перевод (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/1d/43/1db2baac61a237d825c9729c9784e343__translat.html ✰
Дата и время сохранения документа:
✰ 16.06.2024 04:02:05 (GMT+3, MSK) ✰
Дата и время изменения документа (по данным источника):
✰ 11 September 2023, at 05:46 (UTC). ✰ 

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Сервисы Ask3.ru: 
 Архив документов (Снимки документов, в формате HTML, PDF, PNG - подписанные ЭЦП, доказывающие существование документа в момент подписи. Перевод сохраненных документов на русский язык.)https://arc.ask3.ruОтветы на вопросы (Сервис ответов на вопросы, в основном, научной направленности)https://ask3.ru/answer2questionТоварный сопоставитель (Сервис сравнения и выбора товаров) ✰✰
✰ https://ask3.ru/product2collationПартнерыhttps://comrades.ask3.ru


Совет. Чтобы искать на странице, нажмите Ctrl+F или ⌘-F (для MacOS) и введите запрос в поле поиска.
Arc.Ask3.ru: далее начало оригинального документа

Дзета-потенциал — Википедия Jump to content

Дзета-потенциал

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Диаграмма, показывающая концентрацию ионов и разность потенциалов в зависимости от расстояния от заряженной поверхности частицы, взвешенной в дисперсионной среде.

Дзета-потенциал — это электрический потенциал на плоскости скольжения. Эта плоскость представляет собой границу раздела, отделяющую подвижную жидкость от жидкости, которая остается прикрепленной к поверхности.

Дзета-потенциал — это научный термин, обозначающий электрокинетический потенциал. [1] [2] в коллоидных дисперсиях . В литературе по коллоидной химии его обычно обозначают греческой буквой дзета (ζ) , отсюда ζ-потенциал . Обычными единицами измерения являются вольты (В) или, чаще, милливольты (мВ). С теоретической точки зрения, дзета-потенциал представляет собой электрический потенциал в межфазном двойном слое (DL) в месте расположения плоскости скольжения относительно точки в объемной жидкости вдали от границы раздела. Другими словами, дзета-потенциал — это разность потенциалов между дисперсионной средой и неподвижным слоем жидкости, прикрепленным к дисперсной частице .

Дзета-потенциал обусловлен суммарным электрическим зарядом , содержащимся в области, ограниченной плоскостью скольжения, а также зависит от местоположения этой плоскости . Таким образом, он широко используется для количественной оценки величины заряда. Однако дзета-потенциал не равен потенциалу Штерна или электрическому поверхностному потенциалу в двойном слое. [3] [4] [5] [6] потому что они определены в разных местах. Такие предположения о равенстве следует применять с осторожностью. Тем не менее, зета-потенциал часто является единственным доступным способом характеристики свойств двойного слоя.

Дзета-потенциал является важным и легко измеримым показателем стабильности коллоидных дисперсий. Величина дзета-потенциала указывает на степень электростатического отталкивания между соседними одинаково заряженными частицами в дисперсии. Для молекул и частиц, которые достаточно малы, высокий дзета-потенциал обеспечит стабильность, т. е. раствор или дисперсия будут сопротивляться агрегации. Когда потенциал мал, силы притяжения могут превысить это отталкивание, и дисперсия может разрушиться и флокулировать . Таким образом, коллоиды с высоким дзета-потенциалом (отрицательным или положительным) электрически стабилизируются, тогда как коллоиды с низким дзета-потенциалом имеют тенденцию коагулировать или флокулировать, как показано в таблице. [7]

Дзета-потенциал, pKa и сложные полимеры
[A] Зависимая от pH ионизация слабой кислоты [HA] и сопряженного с ней основания [A-], полученная с использованием уравнения Хендерсона-Хассельбаха; [B] Ионизация и растворимость pH-чувствительного полимера в зависимости от pH. [C] Схема, показывающая разность потенциалов в зависимости от расстояния от заряженной поверхности частицы в среде; [D] Механизм растворения pH-чувствительных полимеров воспроизведен с разрешения. Цифры в кружках [D] обозначают (1) Диффузию воды и гидроксильных ионов в полимерную матрицу с образованием слоя геля, (2) Ионизацию полимерных цепей в слое геля, (3) Распутывание полимерных цепей из геля. слоя к границе раздела полимер-раствор, (4) Дальнейшая ионизация полимерных цепей на границе раздела полимер, (5) Диффузия распутанных полимерных цепей от границы раздела в сторону основного раствора. [8]

Дзета-потенциал также можно использовать для оценки pKa сложных полимеров, которое в противном случае трудно точно измерить с помощью обычных методов. Это может помочь в изучении ионизационного поведения различных синтетических и природных полимеров в различных условиях, а также в установлении стандартизированных порогов растворения pH для полимеров, чувствительных к pH. [8]

Стабильность поведения коллоида в зависимости от зета-потенциала [9]
Величина дзета-потенциала (мВ) Стабильность поведения
от 0 до 5 Быстрая коагуляция или флокуляция
от 10 до 30 Начинающаяся нестабильность
от 30 до 40 Умеренная стабильность
от 40 до 60 Хорошая стабильность
>61 Отличная стабильность

Измерение [ править ]

Существуют некоторые новые методы измерения, позволяющие измерять зета-потенциал. Анализатор зета-потенциала может измерять твердые, волокнистые или порошкообразные материалы. Двигатель, расположенный в приборе, создает колебательный поток раствора электролита через образец. Несколько датчиков в приборе контролируют другие факторы, поэтому прилагаемое программное обеспечение может выполнять расчеты для определения зета-потенциала. По этой причине в приборе измеряются температура, pH, проводимость, давление и потенциал потока.

Дзета-потенциал также можно рассчитать с использованием теоретических моделей и экспериментально определенной электрофоретической подвижности или динамической электрофоретической подвижности .

Электрокинетические явления и электроакустические явления являются обычными источниками данных для расчета зета-потенциала. (См. титрование дзета-потенциала .)

Электрокинетические явления [ править ]

Электрофорез используется для оценки зета-потенциала частиц , тогда как потоковый потенциал/ток используется для пористых тел и плоских поверхностей. На практике дзета-потенциал дисперсии измеряется путем приложения электрического поля к дисперсии. Частицы внутри дисперсии с дзета-потенциалом будут мигрировать к электроду противоположного заряда со скоростью, пропорциональной величине дзета-потенциала.

Эта скорость измеряется с помощью метода лазерного доплеровского анемометра . Сдвиг частоты или фазовый сдвиг падающего лазерного луча, вызванный этими движущимися частицами, измеряется как подвижность частиц, и эта подвижность преобразуется в дзета-потенциал путем ввода вязкости диспергатора и диэлектрической проницаемости , а также применения теорий Смолуховского. [10]

Электрофорез [ править ]

Электрофоретическая подвижность пропорциональна электрофоретической скорости, которая является измеримым параметром. Существует несколько теорий, связывающих электрофоретическую подвижность с зета-потенциалом. Они кратко описаны в статье по электрофорезу и подробно во многих книгах по коллоидной и интерфейсной науке. [3] [4] [5] [11] Имеется ИЮПАК. технический отчет [12] подготовлен группой мировых экспертов по электрокинетическим явлениям. С инструментальной точки зрения существует три различных экспериментальных метода: микроэлектрофорез , электрофоретическое рассеяние света и настраиваемое резистивное импульсное зондирование . Преимущество микроэлектрофореза заключается в получении изображения движущихся частиц. С другой стороны, это осложняется электроосмосом на стенках ячейки с образцом. Электрофоретическое рассеяние света основано на динамическом рассеянии света . Это позволяет проводить измерения в открытой ячейке, что устраняет проблему электроосмотического потока, за исключением случая капиллярной ячейки. И его можно использовать для характеристики очень маленьких частиц, но ценой потери способности отображать изображения движущихся частиц. Измерение настраиваемого резистивного импульса (TRPS) — это метод измерения на основе импеданса, который измеряет дзета-потенциал отдельных частиц на основе длительности резистивного импульсного сигнала. [13] Продолжительность транслокации наночастиц измеряется как функция напряжения и приложенного давления. На основе обратного времени транслокации и зависимости электрофоретической подвижности от напряжения рассчитываются и, таким образом, дзета-потенциалы. Основное преимущество метода TRPS заключается в том, что он позволяет одновременно измерять размер и поверхностный заряд каждой частицы, что позволяет анализировать широкий спектр синтетических и биологических нано/микрочастиц и их смесей. [14]

Все эти методы измерения могут потребовать разбавления образца. Иногда такое разбавление может повлиять на свойства образца и изменить зета-потенциал. Существует только один оправданный способ проведения такого разведения – использование равновесного супернатанта . В этом случае межфазное равновесие между поверхностью и объемом жидкости будет сохраняться, а дзета-потенциал будет одинаковым для всех объемных долей частиц в суспензии. Когда разбавитель известен (как в случае химического состава), можно приготовить дополнительный разбавитель. Если разбавитель неизвестен, равновесный супернатант легко получить центрифугированием .

Стриминговый потенциал стриминговый ток ,

Потенциал течения – это электрический потенциал, возникающий при течении жидкости через капилляр. В природе потенциал потоков может иметь значительную величину в районах вулканической активности. [15] Потенциал потока также является основным электрокинетическим явлением для оценки дзета-потенциала на границе раздела твердый материал-вода. Соответствующий твердый образец располагают таким образом, чтобы образовался капиллярный канал. Материалы с плоской поверхностью монтируют в виде дубликатов образцов, расположенных как параллельные пластины. Поверхности образца разделены небольшим расстоянием, образуя капиллярный канал. Материалы неправильной формы, такие как волокна или гранулированные материалы, монтируются в виде пористой пробки, образуя сеть пор, которая служит капиллярами для измерения потенциала течения. При приложении давления к исследуемому раствору жидкость начинает течь и генерировать электрический потенциал. Этот потенциал течения связан с градиентом давления между концами либо одного канала потока (для образцов с плоской поверхностью), либо пористой пробки (для волокон и гранулированных сред) для расчета поверхностного дзета-потенциала.

В качестве альтернативы потоковому потенциалу измерение потокового тока предлагает другой подход к определению поверхностного дзета-потенциала. Чаще всего классические уравнения, выведенные Марьяном Смолуховским, используются для преобразования потенциала течения или результатов течения тока в поверхностный дзета-потенциал. [16]

Применение метода потенциала потока и тока потока для определения поверхностного дзета-потенциала состоит в определении характеристик поверхностного заряда полимерных мембран. [17] биоматериалы и медицинские изделия, [18] [19] и минералы. [20]

Электроакустические явления [ править ]

Для характеристики дзета-потенциала широко используются два электроакустических эффекта: ток коллоидных колебаний и амплитуда электрического звука . [5] Существуют коммерчески доступные инструменты, которые используют эти эффекты для измерения динамической электрофоретической подвижности, которая зависит от зета-потенциала.

Преимущество электроакустических методов заключается в том, что они позволяют проводить измерения на неповрежденных образцах без разбавления. Опубликованные и хорошо проверенные теории позволяют проводить такие измерения при объемных долях до 50%. Расчет дзета-потенциала на основе динамической электрофоретической подвижности требует информации о плотности частиц и жидкости. Кроме того, для более крупных частиц, размер которых превышает примерно 300 нм, также требуется информация о размере частиц. [ нужна цитата ]

Расчет [ править ]

Наиболее известная и широко используемая теория расчета дзета-потенциала на основе экспериментальных данных разработана Марианом Смолуховским в 1903 году. [21] Эта теория первоначально была разработана для электрофореза; однако теперь также доступно расширение для электроакустики. [5] Теория Смолуховского сильна, потому что она справедлива для дисперсных частиц любой формы и любой концентрации . Однако у него есть свои ограничения:

  • Детальный теоретический анализ показал, что теория Смолуховского справедлива только для достаточно тонкого двойного слоя, когда длина Дебая , , намного меньше радиуса частицы, :
Модель «тонкого двойного слоя» предлагает огромные упрощения не только для теории электрофореза, но и для многих других электрокинетических и электроакустических теорий. Эта модель справедлива для большинства водных обычно составляет всего несколько нанометров систем, поскольку дебаевская длина в воде . Модель не работает только для наноколлоидов в растворе с ионной силой , приближающейся к ионной силе чистой воды.

Разработка электрофоретических и электроакустических теорий с более широким диапазоном применимости была целью многих исследований в 20 веке. Существует несколько аналитических теорий, которые учитывают поверхностную проводимость и устраняют ограничение малого числа Духина как для электрокинетических, так и для электроакустических приложений.

Первые новаторские работы в этом направлении восходят к Овербику. [22] и Бут. [23]

Современные строгие электрокинетические теории, справедливые для любого дзета-потенциала, а зачастую и для любого , происходят преимущественно из советско-украинской (Духин, Шилов и др.) и австралийской (О'Брайен, Уайт, Хантер и др.) школ. Исторически первой была теория Духина–Семенихина. [24] Аналогичная теория была создана десятью годами позже О'Брайеном и Хантером. [25] Предполагая тонкий двойной слой, эти теории дадут результаты, очень близкие к численному решению, предоставленному О'Брайеном и Уайтом. [26] Существуют также общие электроакустические теории, справедливые для любых значений длины Дебая и числа Духина. [5] [11]

Уравнение Генри [ править ]

Когда κa находится между большими значениями, когда доступны простые аналитические модели, и низкими значениями, когда численные расчеты действительны, уравнение Генри можно использовать, когда дзета-потенциал низкий. Для непроводящей сферы уравнение Генри имеет вид , где f 1 — функция Генри, одна из набора функций, которые плавно изменяются от 1,0 до 1,5 при приближении κa к бесконечности. [12]

Ссылки [ править ]

  1. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) « Электрокинетический потенциал, ζ ». doi : 10.1351/goldbook.E01968
  2. ^ «Коллоидные системы – Методы определения дзета-потенциала» . Международный стандарт ISO 13099, части 1, 2 и 3 . Международная организация по стандартизации (ISO). 2012.
  3. ^ Перейти обратно: а б Ликлема Дж (1995). Основы интерфейсов и коллоидной науки . Том. 2. Эльзевир. стр. 3–208. ISBN  978-0-12-460529-9 .
  4. ^ Перейти обратно: а б Рассел ВБ (1991). Коллоидные дисперсии . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-42600-8 . [ нужна страница ]
  5. ^ Перейти обратно: а б с д Это Духин А.С. (2017). Характеристика жидкостей, дисперсий, эмульсий и пористых материалов с помощью ультразвука (Третье изд.). Амстердам: Эльзевир. ISBN  978-0-444-63908-0 . [ нужна страница ]
  6. ^ Кирби Би Джей (2010). Микро- и наномеханика жидкости: транспорт в микрофлюидных устройствах . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-11903-0 . [ нужна страница ]
  7. ^ Ханаор Д., Микелацци М., Леонелли С., Соррелл К.С. (2012). «Влияние карбоновых кислот на водную дисперсию и электрофоретическое осаждение ZrO 2 ». Журнал Европейского керамического общества . 32 (1): 235–244. arXiv : 1303.2754 . doi : 10.1016/j.jeurceramsoc.2011.08.015 . S2CID   98812224 .
  8. ^ Перейти обратно: а б Барбоза Дж.А., Абдельсадиг М.С., Конвей Б.Р., Торговец Х.А. (декабрь 2019 г.). «Использование дзета-потенциала для изучения ионизационного поведения полимеров, используемых в лекарственных формах с модифицированным высвобождением, и оценка их pKa » . Международный фармацевтический журнал . 1 : 100024. doi : 10.1016/j.ijpx.2019.100024 . ПМЦ   6733289 . ПМИД   31517289 .
  9. ^ Кумар А., Диксит К.К. (2017). «Методы характеристики наночастиц». Достижения в области наномедицины для доставки терапевтических нуклеиновых кислот . стр. 43–58. дои : 10.1016/B978-0-08-100557-6.00003-1 . ISBN  978-0-08-100557-6 .
  10. ^ «Дзета-потенциал с использованием лазерного доплеровского электрофореза» . Малверн.com . Архивировано из оригинала 7 апреля 2012 года.
  11. ^ Перейти обратно: а б Хантер Р.Дж. (1989). Основы коллоидной науки . Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-855189-8 . [ нужна страница ]
  12. ^ Перейти обратно: а б Дельгадо А.В., Гонсалес-Кабальеро Ф., Хантер Р.Дж., Копал Л.К., Ликлема Дж. (1 января 2005 г.). «Измерение и интерпретация электрокинетических явлений (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 77 (10): 1753–1805. дои : 10.1351/pac200577101753 . hdl : 10481/29099 . S2CID   16513957 .
  13. ^ «Измерение зета-потенциала с помощью TRPS» . Изон Наука .
  14. ^ Фогель Р., Пал А.К., Джамбхрункар С., Патель П., Тхакур С.С., Реатеги Э. и др. (декабрь 2017 г.). «Охарактеризация дзета-потенциала одной частицы с высоким разрешением биологических наночастиц с использованием настраиваемого резистивного импульсного зондирования» . Научные отчеты . 7 (1): 17479. Бибкод : 2017НатСР...717479В . дои : 10.1038/s41598-017-14981-x . ПМК   5727177 . ПМИД   29234015 .
  15. ^ Жунио, Л.; Исидо, Т. (2012). «Электрокинетика в науках о Земле: Учебное пособие» . Международный журнал геофизики . 2012 : e286107. дои : 10.1155/2012/286107 . ISSN   1687-885X .
  16. ^ Люксбахер, Томас (2014). Руководство ZETA: Принципы техники потокового потенциала . Антон Паар ГмбХ. ISBN  978-3-200-03553-9 .
  17. ^ Элимелех, Менахем; Чен, Уильям Х.; Вайпа, Джон Дж. (1994). «Измерение зета-(электрокинетического) потенциала мембран обратного осмоса анализатором потокового потенциала» . Опреснение . 95 (3): 269–286. дои : 10.1016/0011-9164(94)00064-6 . ISSN   0011-9164 .
  18. ^ Вернер, Карстен; Кениг, Улла; Аугсбург, Антье; Арнхольд, Кристина; Кёрбер, Хайнц; Циммерманн, Ральф; Якобаш, Ханс-Йорг (1999). «Электрокинетическая характеристика поверхности биомедицинских полимеров — обзор» . Коллоиды и поверхности А: Физико-химические и инженерные аспекты . 159 (2): 519–529. дои : 10.1016/S0927-7757(99)00290-3 . ISSN   0927-7757 .
  19. ^ Феррарис, Сара; Каццола, Мартина; Перетти, Вероника; Стелла, Барбара; Сприано, Сильвия (2018). «Измерения зета-потенциала на твердых поверхностях для тестирования биоматериалов in vitro: поверхностный заряд, реакционная способность при контакте с жидкостями и абсорбция белка» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 6 : 60. дои : 10.3389/fbioe.2018.00060 . ISSN   2296-4185 . ПМЦ   5954101 . ПМИД   29868575 .
  20. ^ Фюрстенау, Д.В. (1956). «Исследование потенциального потока кварца в растворах ацетатов аминия в отношении образования гемицелл на границе раздела кварц-раствор» . Журнал физической химии . 60 (7): 981–985. дои : 10.1021/j150541a039 . ISSN   0022-3654 .
  21. ^ Смолуховский М (1903). » « Вклад в теорию электроосмоса и связанных с ним явлений (PDF) (на польском языке). Архивировано из оригинала (PDF) 10 августа 2017 г.
  22. ^ Овербек Дж. Т. (1943). «Теория электрофореза — Эффект релаксации». Колл. Бит. : 287.
  23. ^ Бут F (январь 1948 г.). «Теория электрокинетических эффектов» . Природа . 161 (4081): 83–86. Бибкод : 1948Natur.161...83B . дои : 10.1038/161083a0 . ПМИД   18898334 .
  24. ^ Семенихин Н.М., Духин С.С. (январь 1975 г.). «Поляризация умеренно тонкого двойного слоя вокруг сферических частиц и ее влияние на электрофорез». Коллоидный журнал СССР . 37 (6): 1013–1016.
  25. ^ О'Брайен Р.В., Хантер Р.Дж. (июль 1981 г.). «Электрофоретическая подвижность крупных коллоидных частиц». Канадский химический журнал . 59 (13): 1878–1887. дои : 10.1139/v81-280 .
  26. ^ О'Брайен Р.В., Уайт Л.Р. (1978). «Электрофоретическая подвижность сферической коллоидной частицы». Журнал Химического общества, Faraday Transactions 2 . 74 : 1607. дои : 10.1039/F29787401607 .
Arc.Ask3.Ru: конец оригинального документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1DB2BAAC61A237D825C9729C9784E343__1694400360
URL1:https://en.wikipedia.org/wiki/Zeta_potential
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Zeta potential - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть, любые претензии не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, денежную единицу можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)