Back to top

Zeta potenciál a molekulová hmotnost

Zeta potenciál (ZP či potenciál ζ) je elektrokinetický potenciál částice na rovině skluzu (slipping plane) povrchu elektrické dvojvrstvy a typické hodnoty jsou jednotky až desítky milivoltů. Hodnota zeta potenciálu je užitečným vodítkem pro předpověď elektrostatické stability disperzí a stabilní disperze mají absolutní hodnotu zeta potenciálu větší než 30 mV. Existují minimálně dvě metody stanovení lišící se principem stanovení: (1) proudový potenciál (streaming potential), který je použitelný do vyšších koncentrací a vyznačuje se nuceným tokem nabitých částic podél pístu (2) elektroforetický zeta potenciál, který využívá pohybu nabitých částic směrem k opačně nabité elektrodě v nehybné kapalině. Tento pohyb je vybuzený elektrickým polem přivedeným na elektrody. Tento přístup je univerzálnější a dovoluje stanovit jak samotný elektroforetický, tak i elektroosmotický příspěvek (tok kapaliny podél nabitých stěn způsobený hromaděním částic s nábojem u jedné elektrody). Stanovení zeta potenciálu je popsáno v normě ISO 13099-2:2012 - Colloidal systems -- Methods for zeta-potential determination -- Part 2: Optical methods.

Elektroforetický rozptyl světla (electrophoretic light scattering, ELS) je metoda stanovení zeta potenciálu použitá v přístrojích Malvern Panalytical řady Zetasizer Nano, Pro a Ultra. Jak starší modely Nano (Z. ZS, ZSP) tak novější Pro a Ultra využívají patentovanou metodu Mixed Mode Measurement - Phase Analysis Light Scattering (M3-PALS), která poskytuje nejlepší dostupnou citlivost i při malých elektroforetických mobilitách (jde o malou rychlost pohybu částic, která je jinak těžko stanovitelná). Zároveň umožňuje z elektroforetického příspěvku mobility částic stanovit střední hodnotu zeta potenciálu všech částic a též distribuci zeta potenciálů (tedy přítomnost dvou typů částic dle povrchového náboje). Novější Zetasizery Pro a Ultra navíc přichází s významně vylepšeným stanovením ZP při vysokých vodivostech vzorků, kde se nově využívá měření při konstantním proudu, což kompenzuje polarizaci elektrod.

V obou typech zařízení jsou dostupné jak ekonomické “jednorázové” cely, opakovaně použitelné ponorné cely či cely pro vysoké koncentrace. Další předností jednorázových kyvet je jejich patentovaná difuzně bariérová metoda (anglický popis metody naleznete zde), umožňující výrazně prodloužit živostnost cel a zabránit denaturaci bílkovin.

O povrchovém náboji se většinou hovoří ve spojitosti s bílkovinami, které mají významné množství funkčních skupin (karboxylových, aminových, thiolových a dalšich), které se dle podmínek okolního prostředí (zejména pH, salinita, aj.) vyskytují buď ve stavu disociovaném či nedisociovaném (ne/nabitém). Zde je třeba zdůraznit, že zeta potenciál (souvisí s hustotou povrchového náboje) může být odlišný od celkového náboje bílkoviny v závislosti na pravděpodobném stavu funkčních skupin. Výsledný náboj získaný ze zeta potenciálové měření je srovnatelný s výsledky metody primárně k tomuto účelu používané – s izoelektrickým fokusováním. Elektroforetická technika umožňuje, aby byla bílkovina udržována v podmínkách daleko bližších jeho přirozenému stavu. Denaturaci bílkovin aplikovaným elektrickým polem při kontaktu s elektrodami lze předejít použitím patentované difuzně bariérové metody, jejíž popis a důsledky pro kvalitu měření bílkovin najdete v další aplikační poznámce zde). Náboj bílkoviny Z lze vypočítat z hodnoty zeta potenciálu ζ, teploty T, relativní permitivity εr, převrácené Debyeovy délky K a poloměru částice a.

Stanovení molekulové hmotnosti částic - bílkovin či polymerů lze provést na přístrojích Zetasizer Nano a to třemi způsoby:

(1) nepřímo na základě hydrodynamické velikosti částic (DLS). Tento postup předpokládá použití Mark-Houwinkových parametru pro přepočet podle typického složení/rozbalení daného typu molekuly (globulární bílkoviny, lineární a rozvětvené polysacharidy dendrimeru) (podrobněji zde, či v aplikační poznámce Molecular weight measurements with the Zetasizer Nano system v části Discussion),
(2) absolutní metoda (bez využití kalibrace) se značně pracnější přípravou několika vzorků o různé koncentraci a typickým rozlišením +- 10 % využívá statický rozptyl světla  (SLS Debye plot) a Zimmovu rovnici a je vhodný pro relativně menší molekuly (podrobněji v angličtině zde, možné odchylky jednotlivých metod viz aplikační poznámka v bodě 1),
(3) nejpřesnějším způsobem je fyzická separace v gelové permeační koloně a stanovení molekulové hmotnosti pro jednotlivé píky ať již s využití informace o indexu lomu (RI detektor) a koncentraci částic pro stanovení absolutní molekulové hmotnosti či bez těchto přídavných detektorů nepřímou DLS metodou - viz (1). V prvním případě funguje Zetasizer Nano jako detektor statického rozptylu světla (SLS) a jeho SW sbírá informace z ostatních detektorů a poskytuje výpočet molekulové hmotnosti.

Máte-li zájem o další podrobnosti, kontaktujte Ing. Michala Dudáka, Ph.D., viz sekce kontakty.

Řada přístrojů

Malvern Panalytical Zetasizer Pro a Ultra

Nové Zetasizer Pro a Ultra s vylepšeným zpracováním výsledků, vyšším rozlišením díky MADLS a možnosti měření koncentrace částic.

Přístrojová řada Zetasizer Nano umožnuje kombinovat výběr až tří nejdůležitějších parametrů při studiu nanomateriálů v koloidní a polymerní problematice, a to analýzu velikosti částic, měření zeta potenciálu a stanovení molekulové hmotnosti.