Diagram yang menunjukkan konsentrasi ionik dan beda potensial sebagai fungsi jarak dari permukaan bermuatan partikel yang tersuspensi dalam medium dispersi

Potensial zeta adalah potensial listrik pada bidang geser. Bidang ini merupakan antarmuka yang memisahkan fluida bergerak dari fluida yang tetap menempel pada permukaan.[1]

Potensial zeta adalah istilah ilmiah untuk potensial elektrokinetik[2][3] dalam dispersi koloid. Dalam literatur kimia koloid, biasanya dilambangkan dengan huruf Yunani zeta (ฮถ), sehingga disebut potensial ฮถ. Satuan yang umum adalah volt (V), atau (lebih umum) milivolt (mV). Dari sudut pandang teoretis, potensial zeta adalah potensial listrik pada lapisan ganda antarmuka (DL) di lokasi bidang geser relatif terhadap suatu titik dalam fluida massal yang jauh dari antarmuka. Dengan kata lain, potensial zeta adalah perbedaan potensial antara medium dispersi dan lapisan fluida stasioner yang melekat pada partikel terdispersi.

Potensial zeta disebabkan oleh muatan listrik bersih yang terkandung dalam wilayah yang dibatasi oleh bidang geser, dan juga bergantung pada lokasi bidang tersebut. Dengan demikian, potensial zeta banyak digunakan untuk kuantifikasi besarnya muatan. Namun, potensial zeta tidak sama dengan potensial Stern atau potensial permukaan listrik dalam lapisan ganda,[4][5][6][7] karena keduanya didefinisikan di lokasi yang berbeda. Asumsi kesetaraan tersebut harus diterapkan dengan hati-hati. Namun demikian, potensial zeta seringkali merupakan satu-satunya jalur yang tersedia untuk karakterisasi sifat lapisan ganda.

Potensial zeta merupakan indikator penting dan mudah diukur dari stabilitas dispersi koloid. Besarnya potensial zeta menunjukkan derajat tolakan elektrostatika antara partikel-partikel yang berdekatan dan bermuatan serupa dalam suatu dispersi. Untuk molekul dan partikel yang cukup kecil, potensi zeta yang tinggi akan memberikan stabilitas, yaitu larutan atau dispersi akan menahan agregasi. Ketika potensinya kecil, gaya tarik dapat melebihi tolakan ini dan dispersi dapat pecah dan mengalami flokulasi. Jadi koloid dengan potensial zeta tinggi (negatif atau positif) distabilkan secara elektrik, sementara koloid dengan potensial zeta rendah cenderung mengalami koagulasi atau flokulasi seperti yang diuraikan dalam tabel.[8]

Zeta potential, pKa and complex polymers
[A] ionisasi bergantung pH dari asam lemah [HA] dan basa terkonjugasinya [A-] digambar menggunakan persamaan Henderson-Hasselbalch; [B] Ionisasi dan kelarutan polimer yang responsif terhadap pH sebagai fungsi pH; [C] Skema yang menunjukkan perbedaan potensial sebagai fungsi jarak dari permukaan bermuatan partikel dalam medium; [D] Mekanisme pelarutan polimer yang responsif terhadap pH direproduksi dengan izin dari. Angka yang dilingkari dalam [D] mewakili (1) Difusi air dan ion hidroksil ke dalam matriks polimer untuk membentuk lapisan gel, (2) Ionisasi rantai polimer dalam lapisan gel, (3) Pelepasan rantai polimer dari lapisan gel ke antarmuka polimer-larutan, (4) Ionisasi lebih lanjut rantai polimer pada antarmuka polimer, (5) Difusi rantai polimer yang terurai menjauh dari antarmuka menuju larutan massal.[9]

Potensial zeta juga dapat digunakan untuk estimasi pKa polimer kompleks yang sulit diukur secara akurat menggunakan metode konvensional. Hal ini dapat membantu mempelajari perilaku ionisasi berbagai polimer sintetis dan alami dalam berbagai kondisi dan dapat membantu dalam menetapkan ambang batas pH pelarutan standar untuk polimer responsif pH.[9]

Perilaku stabilitas koloid tergantung pada potensi zeta[10]
Besarnya potensi Zeta (mV) Perilaku stabilitas
0 - 5 Koagulasi atau flokulasi cepat
10 - 30 Ketidakstabilan yang baru mulai terjadi
30 - 40 Stabilitas menengah
40 - 60 Stabilitas baik
>61 Stabilitas baik sekali

Pengukuran

sunting

Terdapat beberapa teknik instrumentasi baru yang memungkinkan pengukuran potensial zeta. Zeta Potential Analyzer dapat mengukur material padat, serat, atau bubuk. "Motor" yang terdapat pada instrumen menciptakan aliran larutan elektrolit yang berosilasi melalui sampel. Beberapa sensor pada instrumen memantau faktor-faktor lain, sehingga perangkat lunak yang terpasang dapat melakukan perhitungan untuk menemukan potensial zeta. Suhu, pH, konduktivitas, tekanan, dan potensial aliran semuanya diukur dalam instrumen untuk alasan ini.

Potensial zeta juga dapat dihitung menggunakan model teoretis, dan mobilitas elektroforesis atau mobilitas elektroforesis dinamis yang ditentukan secara eksperimental.

Fenomena elektrokinetik dan fenomena elektroakustik merupakan sumber data yang umum digunakan untuk perhitungan potensial zeta. (Lihat Titrasi potensial zeta.)

Fenomena elektrokinetik

sunting

Elektroforesis digunakan untuk memperkirakan potensial zeta partikulat, sedangkan potensial/arus aliran digunakan untuk benda berpori dan permukaan datar. Dalam praktiknya, potensial zeta dispersi diukur dengan menerapkan medan listrik melintasi dispersi. Partikel dalam dispersi dengan potensial zeta akan bermigrasi menuju elektroda bermuatan berlawanan dengan kecepatan yang sebanding dengan besarnya potensial zeta.

Kecepatan ini diukur menggunakan teknik anemometer Doppler laser. Pergeseran frekuensi atau pergeseran fase dari sinar laser datang yang disebabkan oleh partikel-partikel yang bergerak ini diukur sebagai mobilitas partikel, dan mobilitas ini dikonversi menjadi potensial zeta dengan memasukkan kekentalan dispersan dan permitivitas dielektrik, serta penerapan teori Smoluchowski.[11]

Elektroforesis

sunting

Mobilitas elektroforesis sebanding dengan kecepatan elektroforesis, yang merupakan parameter yang dapat diukur. Ada beberapa teori yang menghubungkan mobilitas elektroforesis dengan potensial zeta. Teori-teori tersebut dijelaskan secara singkat dalam artikel tentang elektroforesis dan secara rinci dalam banyak buku tentang ilmu koloid dan antarmuka.[4][5][6][12] Terdapat Laporan Teknis IUPAC[13] yang disusun oleh sekelompok pakar dunia tentang fenomena elektrokinetik. Dari sudut pandang instrumental, ada tiga teknik eksperimen yang berbeda: mikroelektroforesis, hamburan cahaya elektroforesis, dan penginderaan pulsa resistif yang dapat disetel. Mikroelektroforesis memiliki keuntungan menghasilkan gambar partikel yang bergerak. Di sisi lain, hal itu rumit oleh elektro-osmosis pada dinding sel sampel. Hamburan cahaya elektroforesis didasarkan pada hamburan cahaya dinamis. Ini memungkinkan pengukuran dalam sel terbuka yang menghilangkan masalah aliran elektro-osmotik kecuali untuk kasus sel kapiler, dan itu dapat digunakan untuk mengkarakterisasi partikel yang sangat kecil, tetapi dengan harga hilangnya kemampuan untuk menampilkan gambar partikel yang bergerak. Penginderaan pulsa resistif yang dapat disetel (TRPS) adalah teknik pengukuran berbasis impedansi yang mengukur potensial zeta partikel individual berdasarkan durasi sinyal pulsa resistif.[14] Durasi translokasi nanopartikel diukur sebagai fungsi tegangan dan tekanan yang diberikan. Dari waktu translokasi terbalik versus mobilitas elektroforesis yang bergantung pada tegangan, dan dengan demikian potensial zeta dihitung. Keuntungan utama dari metode TRPS adalah memungkinkan pengukuran ukuran dan muatan permukaan secara simultan pada basis partikel per partikel, yang memungkinkan analisis spektrum luas nano/mikropartikel sintetis dan biologis dan campurannya.[15]

Semua teknik pengukuran ini mungkin memerlukan pengenceran sampel. Terkadang pengenceran ini dapat memengaruhi sifat sampel dan mengubah potensial zeta. Hanya ada satu cara yang dibenarkan untuk melakukan pengenceran ini, yakni dengan menggunakan supernatan kesetimbangan. Dalam hal ini, kesetimbangan antarmuka antara permukaan dan cairan massal akan dipertahankan dan potensi zeta akan sama untuk semua fraksi volume partikel dalam suspensi. Ketika pengencer diketahui (seperti halnya untuk formulasi kimia), pengencer tambahan dapat disiapkan. Jika pengencer tidak diketahui, supernatan kesetimbangan mudah diperoleh dengan sentrifugasi.

Potensial aliran, arus aliran

sunting

Potensial aliran adalah potensial listrik yang terbentuk selama aliran cairan melalui kapiler. Di alam, potensial aliran dapat terjadi pada besaran yang signifikan di daerah dengan aktivitas vulkanik.[16] Potensial aliran juga merupakan fenomena elektrokinetik utama untuk penilaian potensial zeta pada antarmuka material padat-air. Sampel padat yang sesuai disusun sedemikian rupa untuk membentuk saluran aliran kapiler. Material dengan permukaan datar dipasang sebagai sampel duplikat yang disejajarkan sebagai pelat paralel. Permukaan sampel dipisahkan oleh jarak kecil untuk membentuk saluran aliran kapiler. Material dengan bentuk tidak beraturan seperti serat atau media granular, dipasang sebagai sumbat berpori untuk menyediakan jaringan pori, yang berfungsi sebagai kapiler untuk pengukuran potensial aliran. Setelah tekanan diberikan pada larutan uji, cairan mulai mengalir dan menghasilkan potensial listrik. Potensial streaming ini berkaitan dengan gradien tekanan antara ujung-ujung saluran aliran tunggal (untuk sampel dengan permukaan datar) atau sumbat berpori (untuk serat dan media granular) untuk menghitung potensial zeta permukaan.

Sebagai alternatif dari potensial streaming, pengukuran arus streaming menawarkan pendekatan lain untuk potensial zeta permukaan. Persamaan klasik yang paling umum digunakan oleh Maryan Smoluchowski untuk mengubah hasil potensial streaming atau arus streaming menjadi potensial zeta permukaan.[17]

Aplikasi metode potensial streaming dan arus streaming untuk penentuan potensial zeta permukaan meliputi karakterisasi muatan permukaan membran polimer,[18] biomaterial dan perangkat medis,[19][20] serta mineral.[21]

Fenomena elektroakustik

sunting

Ada dua efek elektroakustik yang banyak digunakan untuk mengkarakterisasi potensial zeta: arus getaran koloid dan amplitudo sonik elektrik.[6]

Perhitungan

sunting

Teori yang paling dikenal dan banyak digunakan untuk menghitung potensial zeta dari data eksperimen adalah teori yang dikembangkan oleh Marian Smoluchowski pada tahun 1903.[22] Teori ini awalnya dikembangkan untuk elektroforesis, namun perluasannya ke elektroakustik kini juga tersedia.[6] Teori Smoluchowski sangat kuat karena valid untuk partikel terdispersi dalam bentuk dan konsentrasi apa pun. Namun, teori ini memiliki keterbatasan:

  • Analisis teoretis yang terperinci membuktikan bahwa teori Smoluchowski hanya valid untuk lapisan ganda yang cukup tipis, ketika panjang Debye, , jauh lebih kecil daripada jari-jari partikel, :
"lapisan ganda tipis" menawarkan penyederhanaan yang luar biasa tidak hanya untuk teori elektroforesis tetapi juga untuk banyak teori elektrokinetik dan elektroakustik lainnya. Model ini valid untuk sebagian besar sistem berair karena panjang Debye biasanya hanya beberapa nanometer dalam air. Model ini hanya berlaku untuk nano-koloid dalam larutan dengan kekuatan ionik mendekati air murni.
  • Teori Smoluchowski mengabaikan kontribusi konduktivitas permukaan. Hal ini dinyatakan dalam teori modern sebagai kondisi bilangan Dukhin kecil:

Pengembangan teori elektroforesis dan elektroakustik dengan rentang validitas yang lebih luas merupakan tujuan dari banyak penelitian selama abad ke-20. Ada beberapa teori analitis yang menggabungkan konduktivitas permukaan dan menghilangkan batasan bilangan Dukhin kecil untuk aplikasi elektrokinetik dan elektroakustik.

Karya perintis awal dalam arah itu berasal dari Overbeek[23] dan Booth.[24]

Teori elektrokinetik modern dan ketat yang valid untuk setiap potensial zeta, dan seringkali setiap , sebagian besar berasal dari mazhab Soviet-Ukraina (Dukhin, Shilov, dan lainnya) dan Australia (O'Brien, White, Hunter, dan lainnya). Secara historis, yang pertama adalah teori Dukhinโ€“Semenikhin.[25] Teori serupa diciptakan sepuluh tahun kemudian oleh O'Brien dan Hunter.[26] Dengan asumsi lapisan ganda tipis, teori-teori ini akan menghasilkan hasil yang sangat dekat dengan solusi numerik yang diberikan oleh O'Brien dan White.[27] Terdapat juga teori elektroakustik umum yang valid untuk setiap nilai panjang Debye dan bilangan Dukhin.[6][12]

Persamaan Henry

sunting

Ketika ฮบa berada di antara nilai besar di mana model analitis sederhana tersedia, dan nilai rendah di mana perhitungan numerik valid, persamaan Henry dapat digunakan ketika potensial zeta rendah. Untuk bola nonkonduktor, persamaan Henry adalah , di mana f1 adalah fungsi Henry, salah satu dari kumpulan fungsi yang bervariasi dengan lancar dari 1 hingga 1,5 saat ฮบa mendekati tak terhingga.[13]

Referensi

sunting
  1. ^ Dukhin, Andrei S.; Xu, Renliang (2025). Zeta Potential: Fundamentals, Methods, and Applications. London Cambridge, MA: Academic Press. ISBNย 978-0-443-33443-6.
  2. ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring: ย (2006โ€“) "electrokinetic potential, ฮถ".
  3. ^ "Colloidal systems โ€“ Methods for Zeta potential determination". ISO International Standard 13099, Parts 1,2 and 3. International Organization for Standardization (ISO). 2012.
  4. ^ a b Lyklema J (1995). Fundamentals of Interface and Colloid Science. Vol.ย 2. Elsevier. hlm.ย 3โ€“208. ISBNย 978-0-12-460529-9.
  5. ^ a b Russel WB (1991). Colloidal dispersions. Cambridge: Cambridge University Press. ISBNย 978-0-521-42600-8. [halamanย dibutuhkan]
  6. ^ a b c d e Dukhin AS (2017). Characterization of liquids, dispersions, emulsions, and porous materials using ultrasound (Edisi Third). Amsterdam: Elsevier. ISBNย 978-0-444-63908-0. [halamanย dibutuhkan]
  7. ^ Kirby BJ (2010). Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices. Cambridge University Press. ISBNย 978-0-521-11903-0.[halamanย dibutuhkan]
  8. ^ Hanaor D, Michelazzi M, Leonelli C, Sorrell CC (2012). "The effects of carboxylic acids on the aqueous dispersion and electrophoretic deposition of ZrO2". Journal of the European Ceramic Society. 32 (1): 235โ€“244. arXiv:1303.2754. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2011.08.015. S2CIDย 98812224.
  9. ^ a b Barbosa JA, Abdelsadig MS, Conway BR, Merchant HA (December 2019). "Using zeta potential to study the ionisation behaviour of polymers employed in modified-release dosage forms and estimating their pKa". International Journal of Pharmaceutics. 1 100024. doi:10.1016/j.ijpx.2019.100024. PMCย 6733289. PMIDย 31517289.
  10. ^ Kumar A, Dixit CK (2017). "Methods for characterization of nanoparticles". Advances in Nanomedicine for the Delivery of Therapeutic Nucleic Acids. hlm.ย 43โ€“58. doi:10.1016/B978-0-08-100557-6.00003-1. ISBNย 978-0-08-100557-6.
  11. ^ "Zeta Potential Using Laser Doppler Electrophoresis". Malvern.com. Diarsipkan dari asli tanggal 7 April 2012.
  12. ^ a b Hunter RJ (1989). Foundations of Colloid Science. Oxford University Press. ISBNย 978-0-19-855189-8. [halamanย dibutuhkan]
  13. ^ a b Delgado AV, Gonzรกlez-Caballero F, Hunter RJ, Koopal LK, Lyklema J (1 January 2005). "Measurement and Interpretation of Electrokinetic Phenomena (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 77 (10): 1753โ€“1805. doi:10.1351/pac200577101753. hdl:10481/29099. S2CIDย 16513957.
  14. ^ "Zeta Potential Measurement With TRPS". Izon Science.
  15. ^ Vogel R, Pal AK, Jambhrunkar S, Patel P, Thakur SS, Reรกtegui E, etย al. (December 2017). "High-Resolution Single Particle Zeta Potential Characterisation of Biological Nanoparticles using Tunable Resistive Pulse Sensing". Scientific Reports. 7 (1): 17479. Bibcode:2017NatSR...717479V. doi:10.1038/s41598-017-14981-x. PMCย 5727177. PMIDย 29234015.
  16. ^ Jouniaux, L.; Ishido, T. (2012). "Electrokinetics in Earth Sciences: A Tutorial". International Journal of Geophysics (dalam bahasa Inggris). 2012 e286107. doi:10.1155/2012/286107. ISSNย 1687-885X.
  17. ^ Luxbacher, Thomas (2014). The ZETA Guide: Principles of the streaming potential technique. Anton Paar GmbH. ISBNย 978-3-200-03553-9.
  18. ^ Elimelech, Menachem; Chen, William H.; Waypa, John J. (1994). "Measuring the zeta (electrokinetic) potential of reverse osmosis membranes by a streaming potential analyzer". Desalination (dalam bahasa Inggris). 95 (3): 269โ€“286. doi:10.1016/0011-9164(94)00064-6. ISSNย 0011-9164.
  19. ^ Werner, Carsten; Kรถnig, Ulla; Augsburg, Antje; Arnhold, Christine; Kรถrber, Heinz; Zimmermann, Ralf; Jacobasch, Hans-Jรถrg (1999). "Electrokinetic surface characterization of biomedical polymers โ€” a survey". Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (dalam bahasa Inggris). 159 (2): 519โ€“529. doi:10.1016/S0927-7757(99)00290-3. ISSNย 0927-7757.
  20. ^ Ferraris, Sara; Cazzola, Martina; Peretti, Veronica; Stella, Barbara; Spriano, Silvia (2018). "Zeta Potential Measurements on Solid Surfaces for in Vitro Biomaterials Testing: Surface Charge, Reactivity Upon Contact With Fluids and Protein Absorption". Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 6: 60. doi:10.3389/fbioe.2018.00060. ISSNย 2296-4185. PMCย 5954101. PMIDย 29868575.
  21. ^ Fuerstenau, D. W. (1956). "Streaming Potential Studies on Quartz in Solutions of Aminium Acetates in Relation to the Formation of Hemi- micelles at the Quartz-Solution Interface". The Journal of Physical Chemistry. 60 (7): 981โ€“985. doi:10.1021/j150541a039. ISSNย 0022-3654.
  22. ^ Smoluchowski M (1903). "Przyczynek do teoryi endosm ozy elektrycznej i kilku zjawisk pokrewnych" [Contribution to the theory of electro-osmosis and related phenomena] (PDF) (dalam bahasa Polish). Diarsipkan dari asli (PDF) tanggal August 10, 2017. Pemeliharaan CS1: Bahasa yang tidak diketahui (link)
  23. ^ Overbeek JT (1943). "Theory of electrophoresis โ€” The relaxation effect". Koll. Bith.: 287.
  24. ^ Booth F (January 1948). "Theory of electrokinetic effects". Nature. 161 (4081): 83โ€“86. Bibcode:1948Natur.161...83B. doi:10.1038/161083a0. PMIDย 18898334.
  25. ^ Semenikhin NM, Dukhin SS (January 1975). "Polarization of a Moderately Thin Double-Layer Around Spherical-Particles and Its Influence on Electrophoresis". Colloid Journal of the USSR. 37 (6): 1013โ€“1016.
  26. ^ O'Brien RW, Hunter RJ (July 1981). "The electrophoretic mobility of large colloidal particles". Canadian Journal of Chemistry. 59 (13): 1878โ€“1887. doi:10.1139/v81-280.
  27. ^ O'Brien RW, White LR (1978). "Electrophoretic mobility of a spherical colloidal particle". Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 2. 74: 1607. doi:10.1039/F29787401607.

Zeta Potential published by Elsevier in 2025 [1]

"Zeta็”ตไฝๅฎž็”จๆŒ‡ๅ—" by Chemical Industry Publisher, 2023[2]

  1. ^ Dukhin, Andrei; Xu, Renliang (2025). Zeta Potential. London: Elsevier. ISBNย 978-0-443-33443-6.
  2. ^ "่ฎธไบบ่‰ฏ (Renliang Xu),ใ€ŠZETA็”ตไฝๅฎž็”จๆŒ‡ๅ—ใ€‹ISBN 978-7-122-43637-5". www.bookschina.com. Diakses tanggal 2025-08-28.

๐Ÿ“š Artikel Terkait di Wikipedia

Palestina

in charge of territories the world says should one day make up that state. "Table 3, Population by sex, annual rate of population increase, surface area

Volvo Cars

Bowman (4 October 2011). "Volvo to end C70 production in Uddevalla, will it surface elsewhere?". www.autoblog.com (dalam bahasa Inggris). Oath Inc. Diarsipkan

Transistor

tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam

Paus bungkuk

(YouTube) Humpbacks Block Orcas' Feeding Frenzy (LiveScience) Humpback whales charge group of transient orcas (Save Our Seas Foundation) Humpbacks Chase Killer

Marvel Rivals

kemampuan ultimate yang unik, yang hanya dapat digunakan setelah meteran charge-nya terisi, entah dengan menunggu waktu atau dengan ikut bertarung. Salah

Paus pembunuh

Whales Diarsipkan April 24, 2020, di Wayback Machine. Watch: Killer Whales Charge Blue Whale (Rare Drone Footage) Diarsipkan November 16, 2019, di Wayback

Elektron

W. (1963). "Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron". Physical Review. 129 (6): 2566โ€“2576. doi:10

Bom udara Soviet dan Rusia

ODAB ย ย Fuse ย ย Dispersing charge ย ย Equipment ย ย Secondary (initiating) charge ย ย Body ย ย Container with parachute