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Zeta-Potential and Particle Size Analyzer

Zeta-Potential- und Partikelgrößenmessgerät (Brookhaven, ZetaPals)

Allgemeines / Verwendung

Das Zeta-Potential ist das elektrische Potential an der Abscherschicht eines in einer Suspension bewegten Partikels. Das auf Ladung beruhende elektrische Feld übt Kraft auf andere geladene Teilchen aus, die attraktiv bei unterschiedlichen Ladungsvorzeichen und repulsiv bei gleichnamigen Ladungen sind. Damit ist das Zeta-Potential eine wichtige Größe für die Wechselwirkung von Kolloiden z.B. von Tonmineralen im Porenwasser von Böden. Eisenoxide und organische Substanzen sind Stoffgruppen im Boden, die beide variable Ladungen aufweisen. Aufgrund des amphoteren Charakters der Eisenoxide weisen diese bei pH-Werten <6 eine positive Gesamtladung auf und interagieren dann mit negativ geladenen Partikeln wie (gelöster) organischer Substanz und Tonmineralen mit permanent negativer Ladung. Diese Bindung hat für die Stabilisierung organischer Substanz und durch die Vergrößerung der Partikel durch Aggregierung auch für deren Verlagerbarkeit im Sickerwasser erhebliche Bedeutung. Probenabhängig können mit dem Gerät im Größenbereich von <1 nm bis 6 µm die mittlere Teilchengröße und Standardabweichung volumengewichtet bestimmt werden.

 

Funktionsprinzip

Das Zeta-Potential wird mit Hilfe der ZetaPals-Technik über Phasen-Analyse-Lichtstreuung ermittelt, die weit empfindlicher ist als Methoden der Lichtstreuung, die auf einem verschobenem Frequenzspektrum basieren. Für die Bestimmung der Partikelgröße (hydrodynamischen Durchmessers) wird Streulicht genutzt, das entsteht, wenn Licht als elektromagnetische Welle beim Auftreffen auf einen Partikel Oszillationen erzeugt. Hierbei treten Fluktuationen der Streuintensität auf, die Basis für die „Quasi Elastische Licht Streuung (QELS)“ ist, die dem hier eingesetzten Messprinzip zugrunde liegt.

Möglichkeiten / Limitationen

In die Messung werden bei Nutzung der Küvette (ohne Titrationseinheit) jeweils ca. 2 ml Suspension eingesetzt, die vorher auf bestimmte pH-Werte und Ionenkonzentrationen eingestellt werden kann. Während die Messung des Zeta-Potentials nur wenig von dem eingesetzten Feststoffgehalt der Suspension beeinflusst wird, ist für die Bestimmung der Partikelgröße die suspendierte Menge häufig von Relevanz. Auch muss bei der Bestimmung der Partikelgröße beachtet werden, dass sich der hydro-dynamische Durchmesser mit der Zeit verändern kann (siehe Abbildung).

Ein Titrator mit vier verschiedenen Kanälen kann für die automatische Bestimmung des isoelektrischen Punktes von verschiedenen kolloidalen Stoffgruppen eingesetzt werden. Auch kann die Titrationseinheit zur Untersuchung des Effektes der Salzkonzentration auf das Zeta-Potential genutzt werden. Bei der Nutzung des Titrators vergrößert sich aber die benötigte Suspensionsmenge gegenüber der Direktmessung in der Küvette.