Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

M45: Zeta-Potenzial-MessungAus Metallen können Elektronen in die Lösungübertreten.Bei Mineralien tritt häufig isomorpheSubstitution (= Einbau anderswertigerIonen in Gitterleerstellen) auf.Bei jeder Relativbewegung zwischen der festenund flüssigen Phase wird die diffuse Schicht ganzoder teilweise abgeschert. Das Potenzial an dieserScherebene ist das sogenannte elektrokinetischeoder Zeta-Potenzial (ζ).Die Anreicherung von Ladungen an der Phasengrenzeführt zur Ausbildung einer elektrochemischenDoppelschicht. Das ist jener Bereich, in demdas elektrische Potenzial ausgehend vom Oberflächenpotenzialψ O bis zum Gleichgewichtswert in derflüssigen Phase abfällt.Die elektrische Doppelschicht besteht nachdem Modell von Stern aus fest adsorbierten Ionen(Stern- oder Helmholtz-Schicht) und einer diffusenSchicht (Gouy-Chapman-Schicht) von beweglichenGegenionen (Abb. 1). Innerhalb der starren Schichtist der Potenzialverlauf linear während das Potenzialin der diffusen Schicht exponentiell abfällt. DasPotenzial an der Grenze zwischen dem starren unddem diffusen Teil der elektrischen Doppelschichtbezeichnet man als Stern-Potenzial.Methoden der Zeta-Potenzial-MessungDas durch das Abscheren der diffusen Schichtentstandene Ladungsungleichgewicht führt zueiner Reihe von elektrokinetischen Effekten. Diebeiden wichtigsten, die auch zur Bestimmung desZeta-Potenzials ausgenützt werden, sind die Elektrophoreseund das Strömungspotenzial. Währenddie Elektrophorese zur Messung des Zeta-Potenzialskleiner Teilchen (z.B. Nanopartikel) verwendetwird, dient das Strömungspotenzial in erster Liniezur Messung an makroskopischen Oberflächenwie Platten, Filmen, Fasern, Membranen und Granulaten[1].Als Elektrophorese bezeichnet man die Wanderungvon geladenen Teilchen (meist kolloidalenPartikeln oder Makromolekülen) im elektrischenFeld. Die elektrophoretische Beweglichkeit µ derTeilchen steht in direktem Zusammenhang mit demZeta-Potenzial. Meist wird die Helmholtz-Smoluchowski-Näherungzur Berechnung des Zeta-Potenzialsverwendet:Abbildung 2:Schema einer oszillierenden Strömungspotenzialmessung.ζ … dynamische Viskosität ε . ε 0 … Dielektrizitätskonstante118Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005