Дзета-потенциал (ζ-потенциал, zeta potential) — это электрокинетический потенциал на границе скольжения двойного электрического слоя, который формируется вокруг частицы в жидкой среде. По сути, это измеримая величина поверхностного заряда частиц, диспергированных в воде или другой жидкости.
Чем выше абсолютное значение дзета-потенциала (обычно > |30–40| мВ), тем сильнее электростатическое отталкивание между частицами → тем выше стабильность суспензии или эмульсии. При значениях близких к нулю (особенно в зоне от –15 до +15 мВ) происходит быстрая коагуляция / флокуляция / седиментация.
Именно поэтому современные лаборатории и производства активно используют анализаторы дзета-потенциала.
Какие величины измеряют анализаторы дзета-потенциала?
Современные приборы определяют несколько ключевых параметров:
- Дзета-потенциал (ζ-потенциал) — основная величина, мВ
- Электрофоретическая подвижность (μ) — исходная измеряемая величина, м²/(В·с)
- Распределение частиц по дзета-потенциалу (мультимодальное)
- Изоэлектрическая точка (pI или IEP) — значение pH, при котором ζ = 0
- Дополнительно (во многих моделях): – гидродинамический диаметр частиц (DLS) – молекулярная масса – проводимость раствора – pH и температура образца
Диапазон измерения дзета-потенциала обычно составляет от –200 мВ до +200 мВ, а размер частиц — от ~0,3–1 нм до 10–100 мкм (в зависимости от модели и метода).
Основные методы измерения дзета-потенциала
|
Метод |
Принцип |
Концентрация образца |
Преимущества |
Ограничения |
Стандарты |
|
Электрофоретическое рассеяние света (ELS / LDE / PALS) |
Скорость частиц в э/поле → сдвиг частоты лазера |
Низкая–средняя |
Высокая точность, стандарт де-факто |
Требует разбавления, проводимость < ~5 мСм/см |
ISO 13099-2, ASTM E2865 |
|
Электроакустистический (ESA / CVI) |
Звуковая волна от колеблющихся частиц |
Высокая (до 40–50%) |
Не требует разбавления |
Менее точен для мелких частиц |
ISO 13099-1 |
|
Потенциал / ток потока (Streaming Potential / Current) |
Поток жидкости через пористую среду |
Твёрдые поверхности, волокна, порошки |
Идеален для плоских поверхностей и тканей |
Не для жидких дисперсий |
ISO 13099-3, ASTM E2490 |
Самый популярный метод в коммерческих приборах — оптическое электрофоретическое рассеяние (Malvern Zetasizer, DataPhysics Instruments, Brookhaven NanoBrook, Photocor, и др.).
По каким стандартам работают анализаторы дзета-потенциала?
Международные и российские стандарты, по которым калибруют и поверяют приборы:
- ISO 13099 (все части 2012 года, идентичны ГОСТ 8.653.х): – Часть 1 — Электроакустистические и электрокинетические методы – Часть 2 — Оптические методы (основной для большинства анализаторов) – Часть 3 — Акустические и потоковые методы
- ГОСТ Р 8.653.1–2016 (гармонизирован с ISO 13099-1)
- ГОСТ Р 8.653.2–2016 (ISO 13099-2)
- ASTM E2865-12 (2022) — для биологических наноматериалов (белки, липосомы, ДНК)
- ASTM E2490 — метод потокового потенциала
- USP <1153> (Pharmacopeia США) — упоминает zeta potential для нано-лекарственных форм
- Ранее действовавший ASTM D4187-82 (отменён, но до сих пор упоминается)
Приборы, соответствующие ISO 13099 и 21 CFR Part 11 (электронный документооборот), особенно востребованы в фармацевтике и при аккредитации лабораторий.
Где применяют анализаторы дзета-потенциала?
|
Отрасль |
Основные задачи |
Критические значения ζ, мВ |
|
Фармацевтика и биотехнологии |
Стабильность липосом, наноэмульсий, белковых препаратов, суспензий API |
> |
|
Косметика |
Эмульсии, кремы, солнцезащитные средства, пигменты, стабильность при хранении |
> |
|
Нанотехнологии |
Контроль синтеза и функционализации наночастиц (Au, Ag, SiO₂, полимеры) |
> |
|
Пищевая промышленность |
Эмульсии (майонез, соусы), молочные продукты, стабильность коллоидов |
> |
|
Материаловедение / покрытия |
Пигменты, краски, лаки, чернила, керамические суспензии |
> |
|
Экология / очистка воды |
Коагуляция и флокуляция загрязнителей, оптимизация доз реагентов |
0 … ±10 мВ (для осаждения) |
|
Полимеры и дисперсии |
Латексы, клеи, адгезивы, определение IEP полимеров |
Зависит от рецептуры |
Как выбрать анализатор дзета-потенциала?
При выборе прибора обращайте внимание на:
- Диапазон проводимости образца (низкая / высокая)
- Возможность измерения без разбавления (важно для концентрированных систем)
- Наличие автоматического титратора pH / солей
- Соответствие стандартам ISO 13099 / GMP / 21 CFR Part 11
- Воспроизводимость и разрешение (лучшие модели дают ±0,1–1 мВ)
- Дополнительные опции: одновременное измерение размера + дзета + мол. масса
Хотите подобрать анализатор дзета-потенциала именно под вашу задачу? Напишите нам — подберём оптимальную модель (Malvern, Brookhaven, Microtrac, Photocor и др.) и поможем с поставкой и обучением.