Como medir o potencial zeta?

O potencial zeta não pode ser medido diretamente. Assim usa-se algum tipo de medida indireta, a partir da qual se calcula o potencial zeta.

A técnica mais usada e mais aceita é através da mobilidade eletroforética, introduz-se uma suspensão coloidal diluída em uma cuba com dois eletrodos e aplica-se um potencial elétrico à suspensão.

As partículas com carga elétrica líquida mover-se-ão na direção do eletrodo de carga contrária, tão mais rapidamente quanto maior a sua carga elétrica e maior o campo elétrico aplicado.

O quociente da velocidade de deslocamento pelo campo elétrico chama-se mobilidade eletroforética, expressa em m²/V.s.

Esse valor entra numa equação (as mais usadas são as aproximações de Smoluchowski ou a de Debye) para calcular o potencial zeta.

μ_ep = ε₀ ζ / η

Onde:

μ_ep é a mobilidade eletroforética

ε₀ é a constante dielétrica do líquido

ζ é o potencial zeta

η é a viscosidade do líquido

Nos equipamentos mais antigos, usa-se um tubo capilar bastante longo e observa-se as partículas com um microscópio óptico.

Esse método é tedioso e só serve para partículas maiores do que em torno de 100 nanômetros.

E, sofre os efeitos da eletroosmose, é necessário alinhar cuidadosamente o plano de medição e manter o tubo extremamente limpo.

Hoje existem implementações automatizadas como o ZetaCompact, cobrindo uma faixa de 10 nm até 50 µm e que monitora simultâneamente o movimento de centenas de partículas. Excelente para estudos mais aprofundados de comportamento coloidal.

Para aplicações rotineiras, é mais prático usar aparelhos que usam um laser modulado e medem o deslocamento doppler na luz espalhada pelas partículas.

Esses sistemas são automatizados e conseguem medir o potencial zeta de partículas tão pequenas quanto 10 nm.

Para partículas menores, a difusão predomina sobre o efeito browniano, a medida de potencial zeta fica bastante difícil.

A técnica PALS consegue medir partículas menores, dependendo do sistema, até < 2 nm.

Esquema simplificado de analisador de potencial zeta

Eletroosmose

Se o campo elétrico aplicado for paralelo a uma superfície dielétrica em contato com o líquido, é gerado um movimento do fluído pelo efeito eletroosmótico.

Esse efeito sobrepõe-se ao efeito eletroforético que nos interessa, introduzindo um erro que pode ser significativo.

Um fabricante adota uma cubeta curva que intrinsecamente sofre esse efeito e usa uma técnica de "subtração de branco" que não tem suporte da literatura científica.

Esquema do eletrodo de potencial zeta da Brookhaven

A solução ideal é uma geometria de célula que não tenha nenhuma parede na região de medição.

A cubeta e eletrodo utilizados nos zetâmetros da Brookhaven Instruments satisfazem plenamente essa condição, eliminando completamente o erro devido à eletroosmose.

Uma vantagen adicional: os eletrodos têm vida útil em princípio infinita, as cubetas descartáveis de polipropileno são de baixo custo, disponíveis de vários fabricantes.

Para meios agressivos, pode ser necessário cubeta de vidro. Os eletrodos são de paládio, menos sujeitos a alteração que os de ouro.

Potencial zeta em meio não aquoso

Voltemos à fórmula de Smoluchowski:

μ_ep = ε₀ ζ / η

A maioria dos meios não aquosos têm constante dielétrica bem menor que a da água e muitos deles são viscosos. Em decorrência, para o mesmo potencial zeta, a mobilidade efetroforética é proporcionalmente menor.

mobilidade, normalizada em relação à água

	η	ε	η/ε rel. água
água	0,89 cP	78	1
etanol	1,07 cP	24,3	0,3
tolueno	0,56 cP	2,38	0,05
etileno glicol	17 cP	40	0,03
ácido oleico	26 cP	2,46	0,001

Ou seja, em meios não aquosos, a mobilidade eletroforética pode ser baixíssima, mesmo em sistemas com potencial zeta significativo.

A técnica clássica não consegue medir essas baixas mobilidades, reportará um potencial zeta ZERO, o que é incorreto.

E, nesses casos, a medida reportada não corresponde ao comportamento do sistema, que pode ser estável.

Qual a solução? Como obter resultados reais em meios não aquosos? Veja a seguir:

PALS

A técnica clássica, com campo aplicado contínuo, é adequada para sistemas aquosos de força iônica moderada.

Sistemas não aquosos com baixa constante dielétrica e/ou viscosos resultam em mobilidade eletroforética muito baixa, aquém do limite de deteção.

Meios com alta força iônica têm condutividade elevada, não é possível aplicar potenciais maiores, pois gerariam altas correntes, aquecendo e agitando a amostra.

Phase Alternate Light Scattering. Técnica desenvolvida originalmente pela Univ. de Bristol, modula o campo elétrico em baixa frequência e integra o desvio de fase.

Permite medir mobilidades várias ordens de grandezas menores que a técnica clássica.

Essencial para sistemas com meio não aquoso, de baixa constante dielétrica, viscosos, com alta força iônica, ou medidas precisas próximas ao ponto isoelétrico.

A Brookhaven Instruments implementa a técnica PALS exatamente como desenvolvida, de forma rigorosa, sem "modificações não documentadas". Na prática, resultados mais confiáveis.

Conheça a linha NanoBrook