الكمون (الجهد) زيتا (Zeta potential)
مقدمة:
يُعتبر تحليل تحديد جهد زتا أداة مهمة لتحديد مقدار الشحنة الكهربائية للجسيمات. تُعد قيمة الشحنة للجسيمات ذات أهمية بالغة للعديد من التطبيقات الصناعية والبحثية. الشحنة العالية، سواء كانت سالبة أو موجبة، تسهم في استقرار الجسيمات في السوائل وتمنع ترسبها، وهو ما يُعتبر ذا أهمية خاصة في مجال النانو، حيث يُعزز من منع تجمع الجسيمات. كما أن استقرار الجسيمات له دور حيوي في صناعة مستحضرات التجميل والعناية الشخصية. والسبب الرئيسي لاستقرار المواد المعلقة هو وجود شحنات سطحية على الجسيمات. تؤدي هذه الشحنات المماثلة إلى دفع الجسيمات بعضها بعضًا، مما يمنع تكتلها وتشكيل تجمعات أكبر، وترسب أسرع. لذلك، كلما زادت كثافة شحنة سطحية للجزيئات المعلقة، كان المادة المعلقة أكثر استقرارًا، وتكوَّن جزئياتها أو تستقر ببطء أكبر.
علاوة على ذلك، تؤثر شحنة الجسيمات في تفاعلاتها مع الخلايا والميكروبات، وكذلك في امتصاص الأيونات خلال عمليات معالجة المياه. يُعتبر إجراء تحليل تحديد جهد زتا الوسيلة الأساسية لفحص هذه التفاعلات. بناءً على ذلك، ينبغي على الباحثين والصناعيين مراعاة الإمكانات الكبيرة لهذه الطريقة في دراسة الجسيمات وإنتاج معلقات مستقرة. في مركز فوتون، يتم إجراء تحليل تحديد جهد زيتا في محاليل متنوعة وبجودة عالية، مما يُعزز من دقة النتائج وموثوقيتها.
المبدأ
اختبار تحديد جهد زيتا هو أداة تحليلية تُستخدم لقياس الفرق في الجهد الكهربائي بين طبقة الانزلاق والجهد عند مسافة بعيدة عن الجسيم (حيث يكون الجهد صفريًا). يرتبط مقدار جهد زيتا ارتباطًا وثيقًا بكثافة الشحنة السطحية للجسيمات. يُعتبر وجود شحنات سطحية على الجسيمات هو العامل الرئيسي في استقرار الغرويات، حيث تؤدي الشحنات المتشابهة إلى دفع الجسيمات بعيدًا عن بعضها، مما يمنع تجمعها وتكوين كتل أكبر، وبالتالي يقلل من سرعة الترسب.
كلما زادت كثافة الشحنة السطحية للجسيمات الغروية، زادت استقراريتها، مما يزيد من الوقت اللازم لتجمع الجسيمات أو ترسبها. تتكون الغرويات من مرحلة أساسية (المذيب) ومجموعة من الجسيمات المعلقة، وعادةً ما تحتوي المرحلة السائلة على أيونات ذات شحنات موجبة وسالبة. الجسيمات المشحونة تجذب أيونات ذات شحنات معاكسة، مما يؤدي إلى تجمع هذه الأيونات على سطح الجسيم المشحون ويقلل بالتالي من الجهد الكهربائي للجسيم.
تؤدي هذه العملية إلى تكوين طبقتين حول الجسيم
الطبقة الداخلية، المعروفة باسم طبقة استرن (Estern Layer)
حيث تتأثر الأيونات بشدة بالمجال الكهربائي للجسيم، مما يجعل انفصالها عن الجسيم أمرًا صعبًا. أما الطبقة الخارجية، فتتأثر بالمجال الكهربائي للجسيم، ولكن يمكن للأيونات الدخول والخروج منها بحرية. الأيونات الموجودة في هاتين الطبقتين تتحرك مع الجسيم المشحون أثناء حركته،
الطبقة الخارجية أو سطح الانزلاق (Slipping Plane) .
الأيونات داخل هذا الحد تتحرك مع الجسيم، بينما الأيونات الموجودة خارج هذه الطبقة لا تتبع حركة الجسيم.
في تحليل تحديد جهد زيتا، يتم قياس الجهد الكهربائي عند سطح الانزلاق، حيث يعتمد جهاز قياس جهد زيتا على حركة الجسيمات في المجال الكهربائي. وبالتالي، يمكن للجهاز قياس الجهد على سطح الانزلاق بفعالية. عادةً ما يتم الإبلاغ عن جهد زتا بوحدات الميلي فولت (mV)، وتُعتبر الجسيمات التي تمتلك جهد زتا أكبر من +30 أو أقل من -30 مستقرة. ومع ذلك، إذا كانت الجسيمات ذات كثافة أعلى من المشتت، فإنها قد تترسب تدريجيًا.
تشمل العوامل المؤثرة على جهد زيتا قيمة pH، وموصلية المحلول، وتركز الجسيمات. تعتبر هذه العوامل ضرورية لفهم سلوك الجسيمات في المحاليل وتطوير تطبيقات فعالة في مجالات متعددة، بما في ذلك الصناعات الكيميائية والبيئية.
فوائد الفحص
قياس جهد زيتا على سطح الخلايا
قياس جهد زتا وتحديد استقرار الكولويات مع تغييرات في قيمة pH
قياس جهد زتا وتحديد استقرار الغرويات مع تغييرات في تركيبة الطور السائل**
دراسة تغييرات جهد زيتا عند إضافة إضافات إلى الكولويات
دراسة استقرار المعاجين
دراسة استقرار الجسيمات المعلقة في الماء
دراسة استقرار الغرويات الطبية والمستحلبات الغذائية
تفسير النتائج (Zeta Potential)
تفسير نتائج جهد زيتا يعتمد على القيمة المحسوبة، والتي تُعبر عن استقرار الجسيمات في المعلق. فيما يلي بعض النقاط الأساسية لتفسير النتائج:
القيم الإيجابية والسلبية:
جهد زيتا إيجابي (> +30 mV): يشير إلى أن الجسيمات مشحونة إيجابيًا. هذا يُعزز الاستقرار، حيث تتنافر الجسيمات عن بعضها، مما يمنع التجمع.
جهد زيتا سلبي (< -30 mV): يدل على أن الجسيمات مشحونة سلبًا. مثل الجسيمات الموجبة، تسهم الشحنات السلبية في استقرار المعلق.
القيم القريبة من الصفر: جهد زيتا قريب من الصفر (بين -30 و +30 mV): يشير إلى عدم استقرار الجسيمات، مما يعني أنه من المحتمل أن تتجمع الجسيمات وتترسب. وفي هذه الحالة، يتطلب الأمر تحسين ظروف النظام لضمان استقرار أفضل.
تأثيرات الظروف المحيطة:
تغيرات pH: تغييرات في pH يمكن أن تؤثر بشكل كبير على جهد زيتا. في بعض الأنظمة، يمكن أن يؤدي تغيير pH إلى تغيير في الشحنة السطحية للجسيمات، مما يؤثر على استقرارها.
تركيبة الطور السائل: يمكن أن تؤثر التركيبة الكيميائية للمذيب على جهد زيتا. على سبيل المثال، إضافة أيونات معينة قد تؤدي إلى تغيير في الشحنات السطحية.
استقرار الغرويات:
يمكن استخدام نتائج جهد زيتا لتقييم استقرار الكولويات. القيم العالية من جهد زتا تشير عمومًا إلى استقرار أفضل، بينما
القيم المنخفضة تشير إلى احتمالية التجمع.
تُستخدم نتائج جهد زيتا في مختلف المجالات مثل علوم المواد، والصيدلة، والأغذية، حيث يمكن أن تؤثر على خصائص المنتج النهائي. وإن تفسير نتائج جهد زيتا يساعد في فهم سلوك الجسيمات في المعلق وتحسين تصميم المنتجات والتطبيقات في مختلف الصناعات.