D2 Dynamische Lichtstreuung (DLS) und Zeta-Potenzial

Thema

Die Brownsche Bewegung der Partikel in dieser kolloidalen Suspension, das erste der beiden mit diesem Modell gemessenen Phänomene, erzeugt zufällige Schwankungen in der Intensität des Lichts, das diese Partikel bei Laserbestrahlung streuen. Die dynamische Lichtstreuung (DLS) erfasst diese Schwankungen und fasst sie in einer Autokorrelationsfunktion zusammen. Diese vergleicht die Streuintensität zu einem Zeitpunkt mit der Streuintensität zu nachfolgenden, zeitlich immer weiter auseinanderliegenden Zeitpunkten. Da sich die Partikel aufgrund der Brownschen Bewegung schneller bewegen, klingt die Autokorrelationsfunktion schneller ab, da die Streuintensität schneller ihre Ähnlichkeit mit der Intensität vorheriger Zeitpunkte verliert.

Die Abklingrate dieser Autokorrelationsfunktion entspricht gemäß der Stokes-Einstein-Gleichung der hydrodynamischen Größe der Partikel in der kolloidalen Suspension. Diese Stokes-Einstein-Gleichung verknüpft die Bewegungsgeschwindigkeit eines Partikels aufgrund der Brownschen Bewegung in einem Medium bekannter Viskosität direkt mit der effektiven Größe desselben Partikels, einschließlich der sich mitbewegenden Lösungsmittelschicht. Ein schnellerer Abfall dieser Autokorrelationsfunktion führt zu einer kleineren hydrodynamischen Größe, berechnet nach der Stokes-Einstein-Gleichung; ein langsamerer Abfall zu einer größeren.

Die elektrophoretische Mobilität dieser Partikel – das zweite Phänomen, das mit diesem Modell gemessen wird, nämlich ihre Bewegungsgeschwindigkeit unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes – bestimmt gemäß dem Henryschen Gesetz das Zeta-Potential dieser Partikel. Dieses Zeta-Potential quantifiziert praktisch die effektive Stärke der elektrostatischen Abstoßung zwischen den Partikeln, die bereits durch ein anderes Modell dieses Systems beschrieben wird. Eine höhere elektrophoretische Mobilität bedeutet, dass gemäß der Henryschen Gleichung auch das daraus berechnete Zeta-Potential absolut größer ist.

Daher misst dieses Modell mit der hydrodynamischen Größe und dem Zeta-Potential bei seiner Öffnung direkt die von einem anderen Modell dieser Gruppe beschriebene kolloidale Stabilität: Die mit der Zeit zunehmende hydrodynamische Größe, gemessen mittels dynamischer Lichtstreuung, ist der direkte experimentelle Indikator für die Aggregation dieser kolloidalen Suspension gemäß demselben Modell. Dass dieses aus der elektrophoretischen Mobilität gemessene Zeta-Potential deutlich von null abweicht, ist der direkte experimentelle Indikator dafür, dass die im selben Modell geforderte elektrostatische Abstoßung weiterhin ausreicht, um die zugrundeliegende Van-der-Waals-Anziehung zu kompensieren. Die Tatsache, dass sowohl die hydrodynamische Größe als auch das Zeta-Potential mithilfe desselben Modells zeitlich verfolgt werden, ermöglicht es, erste Anzeichen dafür zu erkennen, dass diese kolloidale Suspension kurz vor der Verletzung ihres Stabilitätskriteriums steht.

ID:4468