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Zêtamètre

(mise à jour 22 janvier 2021)

Responsable
Hélène TERRISSE

 


Cette technique permet de mesurer le potentiel zêta de particules en suspension dans un milieu liquide. Cette grandeur est directement reliée à la charge de surface des particules étudiées.


Appareil
  • Zetasizer NanoZS (Malvern)

Zetasizer

 

Spécifications :

Technologie : Diffusion électrophorétique de la lumière (ELS), détermination de la mobilité électrophorétique par analyse de phase et mesure en mode mixte (M3-PALS).
Laser : He-Ne (633 nm), détection à 13°.
Gamme de taille : diamètre compris entre 4 nm à 10 μm.
Gamme de températures : 10-90°C.
Volume des cuvettes (plastique) : environ 1 mL.
Analyses possibles en milieu non aqueux avec cellule spécifique (dip-cell).
L’appareil est couplé à un titrateur automatique (MPT-3) muni d’une sonde de pH, permettant d’ajouter des quantités contrôlées d’électrolytes pour faire varier le pH et/ou la force ionique.

          Fig1       Fig2   Fig3
Titrateur automatique MPT-3      Cuves en plastique (polycarbonate)       Dip-cell pour mesures en milieu non aqueux

 


Définition du potentiel zêta :

Il correspond au potentiel électrostatique mesuré au niveau du diamètre hydrodynamique (ou plan de cisaillement) de particules en suspension au sein d’un milieu liquide. Il permet ainsi de caractériser la charge électrique au voisinage de la surface de la particule, en fonction de son environnement.

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Principe de la mesure

L’appareil mesure, par diffusion de lumière, la mobilité électrophorétique des particules soumises à l’application d’un champ électrique. La relation de Henry permet de déterminer le potentiel zêta des particules à partir de leur mobilité électrophorétique, connaissant la viscosité et la constante diélectrique du milieu de dispersion.

Applications

Les mesures de potentiel zêta en fonction de différents paramètres (pH, force ionique…) fournissent des informations très pertinentes sur les interactions entre les particules. Ces mesures peuvent notamment permettre de prévoir le comportement des émulsions et des dispersions colloïdales (stabilité, floculation, coalescence…), et donc de résoudre certains problèmes de formulation.

Elles sont également d’une grande utilité pour déterminer le mode d’interaction entre des particules en suspension et des espèces chargées présentes en solution. Il est ainsi possible de caractériser le comportement de certains ions en contact avec une surface chargée : adsorption spécifique conduisant à la formation de complexes de surface, ou interaction purement électrostatique.

Les domaines d’application concernés sont nombreux : peintures et pigments, traitement des eaux, matériaux et céramiques, filtration, santé, pharmacie, cosmétologie, agroalimentaire…

Exemples :
  • Etude de l’interaction entre des particules de dioxyde de titane (TiO2, Degussa P25) et des molécules de phospholipides (DMPA) : les mesures de potentiel zêta en fonction du pH révèlent que les interactions entre
    les deux composés seront favorisées pour des pH inférieurs à 6, zone où les charges de surface sont opposées.

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Interactions between phospholipids and titanium dioxide particles,
Q.-C. Le et al., Colloids and Surface B : Biointerfaces 123, 150-157 (2014).

 

  • Comportement des ions calcium vis-à-vis de la surface des silicates de calcium hydratés (CSH), principaux constituants du ciment : les ions Ca2+ sont des ions déterminant le potentiel, ils sont directement responsables de la charge portée par la surface des CSH.

zeta3

Zeta potential study of Calcium Silicate Hydrates interacting with alkaline cations,
H. Terrisse et al., Journal of Colloid and Interface Science, 244, 58-65 (2001).

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