D2 Diffusion dynamique de la lumière (DLS) et potentiel zêta

Topique

Le mouvement brownien des particules de cette suspension colloïdale, premier des deux phénomènes mesurés par ce modèle, induit des fluctuations aléatoires de l'intensité lumineuse diffusée par ces mêmes particules lorsqu'elles sont éclairées par un laser. La diffusion dynamique de la lumière (DLS) enregistre ces fluctuations et les synthétise dans une fonction d'autocorrélation. Cette fonction compare l'intensité diffusée à un instant donné avec celle diffusée à des instants successifs, de plus en plus espacés dans le temps. Du fait de ce mouvement brownien, les particules se déplacent plus rapidement et cette fonction d'autocorrélation décroît plus vite, l'intensité diffusée perdant plus rapidement sa ressemblance avec celle des instants précédents.

Selon la relation de Stokes-Einstein, la vitesse de décroissance de cette fonction d'autocorrélation correspond à la taille hydrodynamique des particules dans la suspension colloïdale. Cette relation établit un lien direct entre la vitesse de déplacement d'une particule, due au mouvement brownien dans un milieu de viscosité connue, et sa taille effective, incluant la couche de solvant qui se déplace avec elle. Une décroissance plus rapide de cette fonction d'autocorrélation se traduit par une taille hydrodynamique plus petite, calculée à partir de la relation de Stokes-Einstein ; une décroissance plus lente se traduit par une taille hydrodynamique plus grande.

La mobilité électrophorétique de ces mêmes particules — le second phénomène mesuré par ce modèle, soit leur vitesse de déplacement sous l'effet d'un champ électrique appliqué — détermine, selon la loi de Henry, leur potentiel zêta. Ce potentiel zêta quantifie, en pratique, l'intensité effective de la répulsion électrostatique entre ces particules, déjà décrite par un autre modèle de ce système. Le fait que cette mobilité électrophorétique soit plus grande implique, d'après l'équation de Henry, que le potentiel zêta qui en est calculé est également plus grand, en valeur absolue.

Par conséquent, ce modèle, avec la taille hydrodynamique et le potentiel zêta auxquels il a été ouvert, mesure directement la stabilité colloïdale décrite par un autre modèle de cet ensemble : l’augmentation de cette taille hydrodynamique, mesurée par diffusion dynamique de la lumière, au cours du temps est l’indicateur expérimental direct de l’agrégation de cette suspension colloïdale, conformément à ce même modèle ; et le maintien d’un potentiel zêta non nul, mesuré à partir de la mobilité électrophorétique, est l’indicateur expérimental direct que la répulsion électrostatique requise par ce même modèle est encore suffisante pour compenser l’attraction de van der Waals sous-jacente. Le suivi temporel de ces deux mesures, taille hydrodynamique et potentiel zêta, grâce à ce même modèle permet de détecter, avant qu’il ne soit trop tard, les premiers signes d’une violation imminente du critère de stabilité colloïdale de cette suspension.

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