Methoden zur Evaluation von Zytotoxizit¨at und Struktur ... - OPUS

3.2 Prokaryoten 35
3.2.2.1 Zeta-Potenzial
Geladene kolloidale Partikel bilden in wässrigen Lösungen eine Solvathülle aus, in
welcher dipolare Wassermoleküle und Gegenionen nahe der geladenen Oberfläche
des Kolloids akkumulieren und eine elektrische Doppelschicht bilden [77]. Hier lagern
sich zunächst festgebundene Ionen an der Partikeloberfläche an (Helmholtz-Schicht),
gefolgt von weiteren Ionen, die zu einer lockeren, diffusen Schicht führen. Dadurch
erscheint das Partikel in großer Entfernung elektrisch neutral. Die elektrische Doppel-
schicht bildet die Grundlage aller elektrokinetischen Phänomene unter dem Einfluss
eines elektrischen Feldes [136,164,234]. Bewegt sich ein Partikel in flüssigem Medium,
bildet sich durch Reibungskräfte in der diffusen Schicht eine Scher-Ebene aus. An ihr
ist die Geschwindigkeit der umgebenden Flüssigkeit relativ zum Partikel null [193].
Durch die Aufspaltung der diffusen Schicht in einen bewegten und einen unbewegten
Teil, erscheint das Partikel nicht mehr elektrisch neutral, sondern besitzt wieder ein Po-
tenzial, welches als Zeta-Potenzial ζ an der Scher-Ebene wie folgt definiert wird [129].
q
ζ =
(3.1)
4 · π · ε · a
q : Ladung des Teilchens
ε : Dielektrizitätskonstante
a : Teilchenradius r plus bewegter elektrischer Doppelschicht
Das Zeta-Potenzial ist damit abhängig von den Oberflächeneigenschaften der Teilchen,
die z. B. vom pH und der Konzentration der Elektrolyten beeinflusst werden [129].
Die Theorie der elektrischen Doppelschicht nach Gouy, Chapman, Debye und Hückel,
welche später nach Stern modifiziert wurde, ist in Abbildung 3.3 veranschaulicht [88].
Nach diesem Modell fällt das Potenzial im Bereich der Helmholtz-Schicht linear, in
der diffusen Schicht exponentiell. Die Debye-Länge ( 1)
definiert dabei die charakteri-
κ
stische Länge, auf welcher das Potenzial des elektrischen Feldes auf des 1
-fache abge-
e
fallen ist. Sie wird häufig auch als Dicke der Doppelschicht bezeichnet und ist durch
folgende Gleichung definiert [88]:
1
κ =
1
� 1000e 2 NA
ekT
� z 2 i ci
e : Elementarladung
NA : Avogadrokonstante
k : Boltzmann-Konstante
T : absolute Temperatur in Kelvin
zi : Ladungszahl des Ions
ci : Konzentration des Ions
(3.2)