Zeta salohiyati - Zeta potential

Dispersion muhitda to'xtatilgan zarrachaning zaryadlangan yuzasidan masofa funktsiyasi sifatida ion kontsentratsiyasi va potentsiallar farqi ko'rsatilgan diagramma

Zeta salohiyati siljish tekisligidagi elektr potentsiali. Ushbu tekislik harakatlanuvchi suyuqlikni yuzaga yopishgan holda ajratadigan interfeysdir.

Zeta salohiyati degan ilmiy atama hisoblanadi elektrokinetik salohiyat[1][2] yilda kolloid dispersiyalar. In kolloid kimyo adabiyot, odatda yunoncha harf yordamida belgilanadi zeta (ζ), demak b-potentsial. Odatiy birliklar volt (V) yoki millivolt (mV). Nazariy nuqtai nazardan, zeta potentsiali elektr potentsiali interfeysda ikki qavatli Joylashgan joyda (DL) toyib ketayotgan samolyot ommaviy suyuqlikning interfeysdan uzoqroq bo'lgan nuqtasiga nisbatan. Boshqacha qilib aytganda, zeta potentsiali bu potentsial farq o'rtasida dispersiya muhiti va unga biriktirilgan suyuqlikning harakatsiz qatlami tarqalgan zarracha.

Zeta potentsialiga tarmoq sabab bo'ladi elektr zaryadi siljish tekisligi bilan chegaralangan mintaqa tarkibiga kiradi va uning joylashgan joyiga ham bog'liq samolyot. Shunday qilib, u zaryad kattaligini miqdoriy aniqlash uchun keng qo'llaniladi. Biroq, zeta potentsiali ga teng emas Qattiq potentsial yoki elektr sirt potentsiali ikki qavatda,[3][4][5][6] chunki bular turli joylarda aniqlanadi. Tenglikning bunday taxminlari ehtiyotkorlik bilan qo'llanilishi kerak. Shunga qaramay, zeta potentsiali ko'pincha ikki qavatli xususiyatlarni tavsiflash uchun yagona yo'ldir.

Zeta potentsiali ning asosiy ko'rsatkichidir barqarorlik kolloid dispersiyalar. Zeta potentsialining kattaligi darajani bildiradi elektrostatik repulsiya dispersiyadagi qo'shni, xuddi shunday zaryadlangan zarralar orasidagi. Etarli darajada kichik bo'lgan molekulalar va zarralar uchun yuqori zeta potentsiali barqarorlikni beradi, ya'ni eritma yoki dispersiya agregatsiyaga qarshilik qiladi. Agar potentsial kichik bo'lsa, jozibali kuchlar bu itarishdan oshib ketishi va tarqalishi buzilishi mumkin flokulyatsiya. Shunday qilib, zeta potentsiali yuqori (salbiy yoki musbat) kolloidlar elektr stabillashadi, zeta potentsiali past kolloidlar esa jadvalda ko'rsatilgan koagulyatsiya yoki flokulyatsiyaga moyil.[7][8]

Zeta potentsialiga qarab kolloidning barqarorlik harakati[9]
Zeta potentsiali (mV)Barqarorlik harakati
0 dan ± 5 gachaTez koagulyatsiya yoki flokulyatsiya
± 10 dan ± 30 gachaBoshlanadigan beqarorlik
± 30 dan ± 40 gachaO'rtacha barqarorlik
± 40 dan ± 60 gachaYaxshi barqarorlik
>61Zo'r barqarorlik

O'lchov

Zeta potentsialini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash mumkin emas, lekin uni nazariy modellar yordamida hisoblash va eksperimental ravishda aniqlash mumkin elektroforetik harakatchanlik yoki dinamik elektroforetik harakatchanlik.

Elektrokinetik hodisalar va elektroakustik hodisalar zeta potentsialini hisoblash uchun odatiy ma'lumot manbalari. (Qarang Zeta potentsial titrlash.)

Elektrokinetik hodisalar

Asosiy maqola: Elektrokinetik hodisalar

Elektroforez ning zeta potentsialini baholash uchun ishlatiladi zarrachalar, aksincha oqim potentsiali / oqimi uchun ishlatiladi g'ovak jismlar va tekis yuzalar.Amalda dispersiyaning zeta potentsiali an-ni qo'llash bilan o'lchanadi elektr maydoni dispersiya bo'ylab. Dzeta potentsialiga ega bo'lgan dispersiyadagi zarralar zeta potentsialining kattaligiga mutanosib tezlik bilan qarama-qarshi zaryad elektrodiga qarab siljiydi.

Ushbu tezlik lazer texnikasi yordamida o'lchanadi Dopler anemometr. Chastotani almashtirish yoki o'zgarishlar o'zgarishi Ushbu harakatlanuvchi zarralar ta'sirida sodir bo'lgan hodisa sodir bo'lgan lazer nurlari zarrachalarning harakatchanligi sifatida o'lchanadi va bu harakatchanlik dispersant yopishqoqligi va zeta potentsialiga aylanadi dielektrik o'tkazuvchanligi va Smoluchovskiy nazariyalarining qo'llanilishi.[10]

Elektroforez

Asosiy maqola: Elektroforez

Elektroforetik harakatchanlik o'lchanadigan parametr bo'lgan elektroforetik tezlikka mutanosibdir. Elektroforetik harakatchanlikni zeta potentsiali bilan bog'laydigan bir necha nazariyalar mavjud. Ular elektroforez haqidagi maqolada qisqacha va kolloid va interfeys haqidagi ko'plab kitoblarda batafsil tavsiflangan.[3][4][5][11] Bor IUPAC Texnik hisobot[12] Elektrokinetik hodisalar bo'yicha bir guruh dunyo mutaxassislari tomonidan tayyorlangan, Instrumental nuqtai nazardan, uch xil eksperimental usul mavjud: mikroelektroforez, elektroforetik nurning tarqalishi va sozlanishi rezistiv pulsni sezish. Mikroelektroforez harakatlanuvchi zarralar tasvirini olishning afzalliklariga ega. Boshqa tomondan, bu murakkab elektr-osmoz namunali hujayraning devorlarida. Elektroforetik nur sochilishi asoslanadi yorug'likning dinamik ravishda tarqalishi. Bu kapillyar hujayradan tashqari, elektrosmotik oqim muammosini yo'q qiladigan ochiq katakchada o'lchashga imkon beradi. Va u juda kichik zarralarni tavsiflash uchun ishlatilishi mumkin, ammo harakatlanuvchi zarralar tasvirlarini namoyish etish qobiliyati yo'qolganligi sababli. Rezistiv pulsni sezish (TRPS) - bu impedansga asoslangan o'lchov texnikasi, bu rezistent impuls signalining davomiyligi asosida alohida zarrachalarning zeta potentsialini o'lchaydi.[13] Translokatsiya davomiyligi nanozarralar kuchlanish va qo'llaniladigan bosimning funktsiyasi sifatida o'lchanadi. Teskari translokatsiya vaqtidan kuchlanishga bog'liq elektroforetik harakatchanlikka nisbatan va shu bilan zeta potentsiallari hisoblanadi. TRPS usulining asosiy ustunligi shundaki, u sintetik va biologik nano / mikropartikulalar va ularning aralashmalarining keng spektrini tahlil qilishga imkon beruvchi zarrachalar asosida bir vaqtning o'zida o'lcham va sirt zaryadlarini o'lchash imkonini beradi.[14]

Ushbu o'lchov texnikasining barchasi namunani suyultirishni talab qilishi mumkin. Ba'zida bu suyultirish namunaning xususiyatlariga ta'sir qilishi va zeta potentsialini o'zgartirishi mumkin. Ushbu suyultirishni amalga oshirishning faqat bitta oqilona usuli bor - muvozanatni qo'llash superfant. Bunday holda, sirt va quyma suyuqlik orasidagi interfeys muvozanati saqlanib qoladi va suspenziyadagi zarrachalarning barcha hajmli fraktsiyalari uchun zeta potentsiali bir xil bo'ladi. Suyultiruvchi ma'lum bo'lganida (kimyoviy formulada bo'lgani kabi), qo'shimcha seyreltici tayyorlash mumkin. Agar suyultiruvchi noma'lum bo'lsa, muvozanat ustki moddasi osongina olinadi santrifüj.

Elektroakustik hodisalar

Asosiy maqola: Elektroakustik hodisalar

Zeta potentsialini tavsiflash uchun keng qo'llaniladigan ikkita elektroakustik effekt mavjud: kolloid tebranish oqimi va elektr sonik amplituda.[5] Ushbu ta'sirlardan zeta potentsialiga bog'liq bo'lgan dinamik elektroforetik harakatchanlikni o'lchash uchun foydalanadigan tijorat vositalarida mavjud.

Elektroakustik usullar o'lchovlarni buzilmagan namunalarda, suyultirmasdan amalga oshirishning afzalliklariga ega. Nashr qilingan va yaxshi tasdiqlangan nazariyalar 50% gacha bo'lgan hajmdagi fraktsiyalarda bunday o'lchovlarni amalga oshirishga imkon beradi. Dinamik elektroforetik harakatchanlikdan zeta potentsialini hisoblash zarralar va suyuqlik zichligi to'g'risida ma'lumot talab qiladi. Bundan tashqari, taxminan 300 nm dan kattaroq kattaroq zarralar uchun ham zarur bo'lgan zarracha hajmi to'g'risida ma'lumot kerak.[iqtibos kerak ]

Hisoblash

Eksperimental ma'lumotlardan zeta potentsialini hisoblash uchun eng taniqli va keng qo'llaniladigan nazariya Marian Smoluchovskiy 1903 yilda.[15] Ushbu nazariya dastlab elektroforez uchun ishlab chiqilgan; ammo, endi elektroakustikaning kengaytmasi ham mavjud.[5] Smoluchovskiy nazariyasi kuchli, chunki u amal qiladi tarqalgan zarralar har qanday shakli va har qanday diqqat. Biroq, uning cheklovlari mavjud:

  • Batafsil nazariy tahlil Smoluchovskiy nazariyasi faqat etarlicha ingichka ikki qavatli qatlam uchun amal qilishini isbotladi Debye uzunligi, , zarracha radiusidan ancha kichik, :
"Yupqa er-xotin qavat" modeli nafaqat elektroforez nazariyasi, balki boshqa ko'plab elektrokinetik va elektroakustik nazariyalar uchun juda soddalashtirilgan usullarni taklif etadi. Ushbu model ko'pchilik uchun amal qiladi suvli tizimlari, chunki Debye uzunligi odatda faqat bir nechtasini tashkil qiladi nanometrlar suvda. Model faqat nano-kolloidlar uchun eritmada sinadi ion kuchi toza suvnikiga yaqinlashmoqda.
  • Smoluchovskiy nazariyasi uning hissasini e'tiborsiz qoldiradi sirt o'tkazuvchanligi. Bu zamonaviy nazariyalarda kichkintoyning sharti sifatida ifoda etilgan Duxin raqami:

Elektroforetik va elektroakustik nazariyalarni kengroq amal qilish doirasi bilan rivojlantirish 20-asr davomida ko'plab tadqiqotlarning maqsadi bo'lgan. O'z ichiga olgan bir necha analitik nazariyalar mavjud sirt o'tkazuvchanligi va elektrokinetik va elektroakustik dasturlar uchun kichik Duxin raqamining cheklanishini bekor qilish.

Ushbu yo'nalishdagi dastlabki kashshoflik Overbeekdan boshlangan[16] va Booth.[17]

Zamonaviy, qat'iy elektrokinetik nazariyalar, ular har qanday zeta potentsiali uchun va ko'pincha har qanday narsa uchun amal qiladi , asosan Sovet ukrain (Duxin, Shilov va boshqalar) va Avstraliya (O'Brayen, Oq, Hunter va boshqalar) maktablaridan kelib chiqqan. Tarixiy jihatdan, birinchisi Duxin-Semenixin nazariyasi edi.[18] Shunga o'xshash nazariyani o'n yil o'tib O'Brayen va Xanter yaratdilar.[19] Ikki qavatli yupqa qatlamni nazarda tutgan holda, ushbu nazariyalar O'Brayen va Uayt tomonidan taqdim etilgan raqamli echimga juda yaqin natijalar beradi.[20] Debey uzunligi va Dyuxin sonining har qanday qiymatlari uchun amal qiladigan umumiy elektroakustik nazariyalar ham mavjud.[5][11]

Genri tenglamasi

"Genri tenglamasi" bu erga yo'naltiriladi. Gaz qonuni uchun qarang Genri qonuni.

Agar $ Deltaha $ oddiy analitik modellar mavjud bo'lgan katta qiymatlar va raqamli hisob-kitoblar haqiqiy bo'lgan past qiymatlar orasida bo'lsa, zeta potentsiali past bo'lganida Genri tenglamasidan foydalanish mumkin. Supero'tkazuvchilar bo'lmagan sfera uchun Genri tenglamasi , qayerda f1 Genri funktsiyasi, $ Delta $ cheksizlikka yaqinlashganda 1,0 dan 1,5 gacha o'zgaruvchan funktsiyalar to'plamidan biridir.[21]

Adabiyotlar

  1. ^ IUPAC, Kimyoviy terminologiya to'plami, 2-nashr. ("Oltin kitob") (1997). Onlayn tuzatilgan versiya: (2006–) "elektrokinetik potentsial, ζ ". doi:10.1351 / oltin kitob. E01968
  2. ^ ISO xalqaro standarti 13099, 1,2 va 3 qismlar, "Kolloid tizimlar - Zeta potentsialini aniqlash usullari", (2012)
  3. ^ a b Lyklema, J. "Interfeys va kolloid fanlari asoslari", 2-jild, 3.208-bet, 1995 y ISBN  0-12-460529-X
  4. ^ a b Rassel, VB, Savil, D.A. va Shovalter, V.R. "Kolloid dispersiyalar", Kembrij universiteti matbuoti, 1992 yil ISBN  0-521-42600-6[sahifa kerak ]
  5. ^ a b v d e Duxin, A. S. va Gets, P. J. Ultratovush yordamida suyuqliklar, nano- va mikro zarrachalar va g'ovakli jismlarning xarakteristikasi, Elsevier, 2017 yil ISBN  978-0-444-63908-0[sahifa kerak ]
  6. ^ Kirby, BJ (2010). Mikro va nanokalajli suyuqliklar mexanikasi: Mikro suyuq qurilmalarda tashish. Kembrij universiteti matbuoti. ISBN  978-0-521-11903-0.[sahifa kerak ]
  7. ^ Grinvud, R .; Kendall, K. (1999 yil aprel). "Akustoforez yordamida zirkoniya va titaniya kukunlarini suvli suspenziyalari uchun mos dispersantlarni tanlash". Evropa seramika jamiyati jurnali. 19 (4): 479–488. doi:10.1016 / S0955-2219 (98) 00208-8.
  8. ^ Xanaor, D.A.; Michelazzi, M .; Leonelli, C .; Sorrell, C.C. (2012). "Karboksilik kislotalarning ZrO ning suvli dispersiyasi va elektroforetik birikmasiga ta'siri2". Evropa seramika jamiyati jurnali. 32 (1): 235–244. arXiv:1303.2754. doi:10.1016 / j.jeurceramsoc.2011.08.015.
  9. ^ Kumar, Ajeet; Diksit, Chandra Kumar (2017). "Nanozarralarni tavsiflash usullari". Terapevtik nuklein kislotalarini etkazib berish bo'yicha nanomeditsinaning yutuqlari. 43-58 betlar. doi:10.1016 / B978-0-08-100557-6.00003-1. ISBN  9780081005576.
  10. ^ Lazer doppler elektroforezidan foydalanadigan Zeta potentsiali - Malvern.com
  11. ^ a b Hunter, R.J. "Kolloid fanining asoslari", Oksford universiteti matbuoti, 1989 y ISBN  0-19-855189-4[sahifa kerak ]
  12. ^ Delgado, A. V.; Gonsales-Kaballero, F.; Hunter, R. J .; Koopal, L. K .; Lyklema, J. (2005 yil 1-yanvar). "Elektrokinetik hodisalarni o'lchash va talqin qilish (IUPAC texnik hisoboti)". Sof va amaliy kimyo. 77 (10): 1753–1805. doi:10.1351 / pac200577101753. hdl:10481/29099.
  13. ^ "TRET bilan Zeta potentsial o'lchovi". Izon Science.
  14. ^ Vogel, Robert; Pal, Anop K.; Jambhrunkar, Siddxart; Patel, Pragnesh; Thakur, Sachin S.; Retegi, Eduardo; Parek, Xarendra S.; Saa, Paula; Stassinopulos, Adonis; Broom, Murray F. (2017 yil 12-dekabr). "Yuqori aniqlikdagi yagona zarracha Zeta biologik nanopartikullarning sozlanishi rezistiv impuls sezgirligi yordamida potentsial tavsifi". Ilmiy ma'ruzalar. 7 (1): 17479. Bibcode:2017 yil NatSR ... 717479V. doi:10.1038 / s41598-017-14981-x. PMC  5727177. PMID  29234015.
  15. ^ Smoluchovskiy, Maryan (1903). "Przyczynek do teoryi endosm ozy elektrycznej i kilku zjawisk pokrewnych" [Elektro-osmoz va unga bog'liq hodisalar nazariyasiga qo'shgan hissasi] (PDF) (Polshada). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2017 yil 10-avgustda.
  16. ^ Overbeek, J.Th.G (1943). "Elektroforez nazariyasi - gevşeme ta'siri". Koll. Bith.: 287.
  17. ^ Booth, F. (1948). "Elektrokinetik effektlar nazariyasi". Tabiat. 161 (4081): 83–6. Bibcode:1948 yil natur.161 ... 83B. doi:10.1038 / 161083a0. PMID  18898334.
  18. ^ Duxin, S.S. va Semenixin, N.M. Koll. Zhur., 32, 366 (1970)
  19. ^ O'Brayen, Richard Vindxem; Hunter, Robert Jon (1981 yil iyul). "Katta kolloid zarrachalarning elektroforetik harakatchanligi". Kanada kimyo jurnali. 59 (13): 1878–1887. doi:10.1139 / v81-280.
  20. ^ O'Brayen, Richard V.; Uayt, Li R. (1978). "Sferik kolloid zarrachaning elektroforetik harakatchanligi". Kimyoviy Jamiyat jurnali, Faraday Transaction 2. 74: 1607. doi:10.1039 / F29787401607.
  21. ^ Delgado, A. V.; Gonsales-Kaballero, F.; Hunter, R. J .; Koopal, L. K .; Lyklema, J. (2005-01-01). "Elektrokinetik hodisalarni o'lchash va talqin qilish (IUPAC texnik hisoboti)". Sof va amaliy kimyo. 77 (10): 1753–1805. doi:10.1351 / pac200577101753. hdl:10481/29099. ISSN  1365-3075.