Drukuj

Nowe metody badania właściwości powierzchniowych materiałów polimerowych

Względny ruch elektrolitu i obdarzonej ładunkiem powierzchni może być wynikiem czterech efektów elektrokinetycznych: elektroforezy, elektroosmozy, potencjału sedymentacyjnego i potencjału przepływu (potencjału zeta). Indukowany efekt elektrokinetyczny zależy od siły napędowej oraz natury stałej i ciekłej fazy, stąd teoretycznie pomiary wykonane przy użyciu różnych technik bazujących na poszczególnych zjawiskach elektrokinetycznych powinny dać w efekcie taką samą wartość potencjału zeta. W praktyce jednak wiele czynników zewnętrznych powoduje, iż otrzymane wyniki nie są do siebie podobne.

W zależności od rodzaju granicy faz w celu zmierzenia potencjału zeta można wykorzystywać pomiar ruchliwości elektroforetycznej lub pomiar potencjału/natężenia prądu. W najprostszym przypadku proces adsorpcji cząstek obdarzonych ładunkiem jest wywołany obecnością miejsc wiążących na powierzchni cząstki lub polimeru dzięki obecności grup funkcyjnych zdolnych do dysocjacji a nawet obojętnych elektrycznie i pozbawionych miejsc wiążących.

Pomiary potencjału zeta materiałów polimerowych nie są jeszcze powszechnie stosowane i ograniczały się dotąd zazwyczaj do wyznaczania wielkości cząstek, rozkładu ich wielkości oraz dyspersji bądź agregacji. Potencjał zeta natomiast może być istotnym parametrem, który pomoże w przewidywaniu właściwości powierzchniowych tych materiałów. Odnosi się to również do bardzo skomplikowanych układów biologicznych, takich jak krew czy zawiesiny komórek bakteryjnych.

Wyznaczanie potencjału zeta metodą potencjału przepływu – zjawiska elektrokinetyczne

Aby w pełni zrozumieć proces wyznaczania potencjału zeta należy wyjaśnić pojęcia kilku istotnych zjawisk elektrokinetycznych, biorąc pod uwagę ich termodynamiczne zależności. Efektami elektrokinetycznymi nazywa się procesy występujące w izotermicznych, dwufazowych układach z roztworami tego samego elektrolitu o jednakowych aktywnościach.

W zależności od budowy wybranego układu mogą w nim występować różnice ciśnień i różnice potencjałów elektrycznych. Pierwszym z omawianych zjawisk jest elektroosmoza, którą obserwuje się przy ustalonej różnicy potencjału elektrycznego i jednoczesnym utrzymywaniu jednakowego ciśnienia w podukładach. Jest ona zatem przepływem objętości wywołanym przez jednostkowy prąd elektryczny przy braku różnicy ciśnień. Drugim zjawiskiem jest ciśnienie elektroosmotyczne, które jest efektem występującym w stanie stacjonarnym wywołanym przez ustalenie stałej różnicy potencjałów, czego następstwem jest przepływ prądu elektrycznego o danym natężeniu. Liczbowo jest ono równe różnicy ciśnień pomiędzy podukładami, jaka ustala się po przyłożeniu różnicy potencjału. Trzecim zjawiskiem jest potencjał przepływu, który również występuje w stanie stacjonarnym dzięki ustaleniu stałej różnicy ciśnień ale charakteryzuje się brakiem prądu elektrycznego mimo samorzutnego ustalenia się potencjałów elektrycznych. I ostatnim zjawiskiem jest prąd przepływu, który obserwuje się po ustaleniu określonej różnicy ciśnień i jednoczesnym utrzymywaniu zerowej różnicy potencjałów. Liczbowo wartość jego jest równa natężeniu prądu płynącego przez granicę podukładów (celkę pomiarową, membranę itp.) pod wpływem jednostkowego przepływu objętości, przy braku różnicy potencjałów.

Potencjał zeta jest parametrem wyznaczanym eksperymentalnie, który jak wspomniano wyżej może być oznaczany przy użyciu różnych zjawisk elektrokinetycznych. Jeżeli odwróci się zjawisko elektroosmozy (ruch cieczy względem nieruchomego układu kapilar pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego) i w sposób mechaniczny wymusi się przepływ cieczy przez układ kapilar (odpowiednia różnica ciśnień), to na elektrodach przyłożonych po obu stronach pojawia się pewien potencjał elektryczny. Otrzymany potencjał nosi nazwę potencjału przepływu.