Elektroakustik: Zetapotenzialmessung in konzentrierten Dispersionen

Messgeräte

Zetapotenzial

Das Zetapotenzial ist das elektrische Potenzial an der Abscherschicht eines bewegten Teilchens in einer Dispersion und damit charakteristisch für die elektrochemischen Eigenschaften eines Emulsionströpfchens oder Partikels in einer Flüssigkeit. Aus dem Zetapotenzial lassen sich Rückschlüsse auf Dispersionsstabilität oder Teilchenmobilität in externen Feldern ziehen. Ein charakteristischer Wert ist der so genannte isoelektrische Punkt (IEP), hier ist das Zetapotenzial gleich Null, die Partikel agglomerieren und das System flockt aus.

Messmethode

Die Zetapotenzialbestimmung nach der elektroakustischen Methode erfolgt durch die Messung des kolloidalen Vibrationsstroms (CVI). Die Abbildung zeigt das Messgerät DT-310 mit den Zusatzsonden zur Bestimmung der Temperatur, des pH-Wertes, der Leitfähigkeit sowie mit dem über die Software gesteuerten automatischen Titrator.

Bei dem Messverfahren werden durch eine Ultraschallwelle die in der Dispersion befindlichen kolloidalen Teilchen, aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichte zum Medium, zu einer Relativbewegung zur Flüssigkeit veranlasst. Dadurch verschieben sich die Teilchen aus ihrer elektrostatischen Gleichgewichtslage – es entstehen kurzzeitig Dipole, die einen messbaren Wechselstrom erzeugen, den kolloidalen Vibrationsstrom CVI. Dieser wird als Potential zwischen zwei Elektroden gemessen und das Zetapotenzial lässt sich daraus berechnen. 

Vorteile

Wesentlicher Vorteil der Elektroakustik und der Messgeräte der DT-Serie ist die Möglichkeit, Dispersionen mit hohen Feststoffkonzentrationen ohne Veränderung des Systems durch Verdünnung zu charakterisieren. Damit ist die Untersuchung von originalen Dispersionen möglich, das Zetapotenzial wird nicht durch Verdünnungseffekte verändert. Der Konzentrationsbereich erstreckt sich bis zu 50 Volumenprozent. Zu den Messgeräten sind Optionen (Rheologie, poröse Stoffe, nichtwässrige Leitfähigkeit u. a.) verfügbar, welche die DT-Serie zu einzigartigen Analysegeräten für die komplexe Untersuchung von Dispersionen in Originalkonzentration machen.

Beispiel

Untersucht wurden konzentrierte Dispersionen (jeweils 40 Gew.-%) von Aluminiumoxid und Titandioxid mit dem DT-1202. Es wurde jeweils eine automatische pH-Titration mit Messung des entsprechenden Zetapotenzials durchgeführt. Die dargestellten Abhängigkeiten des Zetapotenzials vom pH-Wert zeigen die deutlichen Unterschiede zwischen beiden Proben. Die Messkurven verdeutlichen jeweils die stabilen Bereiche der Dispersionen bei hohem Betrag des Zetapotenzials, sowie die Bereiche der Instabilität am isoelektrischen Punkt, an dem das Zetapotenzial Null ist.

Literatur