Simultane Bestimmung von elektrophoretischer Beweglichkeit und Teilchengröße bei überlagerter Konvektion an Suspensionen und Emulsionen

Zusammenfassung

Mit AWPS (Amplitudengewichteter Phasenstrukturation) wird ein neues Signalverarbeitungssystem zur gleichzeitigen Bestimmung von Zetapotential und Partikelgröße vorgestellt. Es erlaubt die Messung geringer elektrophoretischer Beweglichkeiten in Gegenwart einer starken Diffusion der Partikel sowie einer überlagerten konstanten Geschwindigkeit, z. B. aufgrund eines Konvektionssthermes. Laserstreulichtverfahren anstatt der bisherigen Methoden bestimmen die elektrophoretische Geschwindigkeit objektiver und präziser. Die Anwendbarkeit der Lasertechniken, die über die Analyse des Frequenzspektrums arbeiten, ist begrenzt für Partikel ≪s50 nm oder sehr niedrige Potentiale, aufgrund der Verbreiterung des spektralen Peaks durch die Diffusionsbewegung. Im Gegensatz zu AWPS ist eine Auftrennung in die verschiedenen Komponenten der kollektiven Bewegung nicht möglich. Die vorgelegten Ergebnisse belegen, daß diese Auftrennung von beträchtlicher Bedeutung ist, um verläßliche Werte zu erhalten. Das neue Signalverarbeitungssystem ermöglicht zusätzlich einen bedeutenden Zuwachs an Empfindlichkeit und daher die Anwendung eines oszillierenden Feldes (50–100 Hz) mit sehr geringer Feldstärke. Das System ist anwendbar für Partikelgrößen im Bereich von wenigen nm bis zu einigen μm. Seine hohe Auflösung ermöglicht Experimente mit kleinen Feldern oder mit niedrigen Zetapotentialen, besonders im kritischen Teilchengrößenbereich von einigen Nanometern.

Abstract

With AWPS (Amplitude Weighted Phase Structuration), a new signal processing scheme is demonstrated for the simultaneous determination of zeta potentials and particle sizes. It allows the measurements of a small electrophoretic mobility in the presence of large particle diffusion and constant velocity, e. g. due to thermal convection. Laser light scattering techniques instead of the former methods determine electrophoretic velocity more objectively and precisely. The applicability of laser measurement techniques by analysis of the frequency spectrum is limited for particles ≪50 nm or very low potentials, because of the broadening of the spectral peak by Brownian motion. In contrast to AWPS a separation of the various kinds of collective motion is not possible. The presented results demonstrate that this separation is of considerable significance in the acquisition of reliable values. Additionally the novel signal processing scheme allows a significant increase in sensitivity and therefore the application of an oscillating field (50–100 Hz) with a very small field strength. The system is feasible for particle sizes in the range of a few nm up to several μm. Its high resolution allows experiments with low fields or with small zeta potentials, even in the critical particles size range of a few nanometers.