+7 (495) 258-83-05
+7 (495) 258-83-06
paar@avrora-lab.com (отдел продаж)
service@avrora-lab.com (сервисный отдел)
Программа Attract

Программа Attract

Адсорбция это аккумулирование простых или сложных ионов, молекул или частиц на твердой поверхности. Адсорбция жидкостей на твердых поверхностях играет большую роль во многих технологических процессах (моющее действие), в товарах личной гигиены (косметика), и биологических процессах (протеины). Родство адсорбатов к твердым поверхностям и скорости адсорбции и десорбции определяют применимость материалов и их свойства.

Ключевые особенности

Адсорбция это аккумулирование простых или сложных ионов, молекул или частиц на твердой поверхности. Адсорбция жидкостей на твердых поверхностях играет большую роль во многих технологических процессах (моющее действие), в товарах личной гигиены (косметика), и биологических процессах (протеины). Родство адсорбатов к твердым поверхностям и скорости адсорбции и десорбции определяют применимость материалов и их свойства.

На рисунке сверху схематически показан процесс адсорбции: на первом рисунке мы видим растворенные соединения (молекулы ПАВ с полярными «головами» (голубой цвет) и неполярные «хвосты» (красным цветом), растворенные в жидкости, контактирующей с твердой поверхностью. Второй рисунок показывает уже несколько адсорбированных молекул ПАВ, а третий рисунок показывает поверхность, полностью покрытую адсорбированными молекулами ПАВ. Четвертый рисунок показывает другую ситуацию. Молекулы ПАВ адсорбированы „вверх ногами“, а именно, их гидрофобные «хвосты» обращены к поверхности, а их гидрофильные «головы» находятся в жидкости. Мы можем отнести различные механизмы адсорбции  к свойствам твердой поверхности, к адсорбатам, а также к свойствам жидкости (например, значение pH).


Процессы адсорбции на поверхностях материалов сложно визуализировать. Полу-автоматический анализ уменьшения концентрации адсорбата в растворе весьма трудоемок. Такие анализы требуют равновесных условий, что делает невозможным изучение временной зависимости процессов адсорбции, то есть кинетики. Автоматические приборы для изучения адсорбции (например, QCM, SPR) требуют использования модельных поверхностей (покрытия на датчиках) для имитации свойств материала. Однако, здесь остается неопределенность, например, является ли модельная поверхность из диоксида кремния точной копией обычного песка. Еще менее вероятно, что модифицированная поверхность полимера сохраняет свои свойства тонкой модельной пленки после ее растворения и нанесения методом центрифугирования в виде тонкой модельной пленки на подложку.

Компания Anton Paar оптимизировала электрокинетический анализатор SurPASS, чтобы преодолеть ограничения существующих методов изучения адсорбции. В комбинации с новым программным обеспечением Attract, область применения SurPASS для анализа твердой поверхности расширена, теперь вы можете изучать процессы адсорбции и десорбции (кинетика адсорбции / десорбции) на реальных поверхностях материалов.

SurPASS измеряет изменения заряда поверхности на границе тело/жидкость при адсорбции и десорбции. Заряд поверхности и его изменение характеризуются дзета-потенциалом. Для макроскопических твердых поверхностей дзета-потенциал определяется измерением фильтрационного потенциала и фильтрационного тока. Фильтрационный потенциал, фильтрационный ток и дзета-потенциал, следовательно, могут в равной мере использоваться для визуализации процессов адсорбции и десорбции.

С прибором SurPASS, мы можем следить за адсорбцией соединений (например, ионы Ca+, сложные молекулы типа протеинов и частицы), которые растворены в жидкости, на поверхностях твердых веществ. (Замечание: Соединения, которые растворены в жидкости называются адсорбатами, а твердые вещества, на поверхности которых происходит их адсорбция, называются адсорбентами).


Рисунок сверху показывает зависимость фильтрационного тока (= исходные данные, которые мы получаем от прибора и которые используются для расчета дзета-потенциала) от времени.

- Черная кривая представляет собой базовую линию, то есть заряд исходной поверхности стекла, на которую не адсорбированы молекулы/частицы адсорбата.

- Голубая кривая показывает заряд ПАВ, адсорбированного на поверхности стекла своими гидрофобными хвостами, соответственно, гидрофильные «головы» обращены в жидкую среду. Плато на кривой, которое появляется примерно через 30 секунд, говорит о наступлении состояния равновесия.

- Красная кривая отражает процесс адсорбции другого ПАВ. Рисунок в центре графика (красный квадрат) показывает состояние частичного покрытия твердой поверхности, крутой уклон кривой говорит о высокой скорости процесса адсорбции на поверхности, результатом которого является полностью покрытая ПАВом поверхность, что видно по стабильному, в данном случае, положительному значению дзета-потенциала.

Изотерма адсорбции
Два рисунка снизу показывают пример комбинированного измерения кинетики адсорбции и дзета-потенциала.

Эксперименты проводились на пластине из диоксида кремния (ZP = -80 мВ, черная точка на нижнем рисунке). К раствору электролита было добавлено 1 ppb полиэтиленимина (PEI) и была записана кинетика адсорбции (голубая кривая на верхнем графике, куда указывает стрелка „1 ppb“). Через, приблизительно, 50 сек, было достигнуто равновесие и было записано значение дзета-потенциала (смотрите нижний рисунок). Эти измерения проводились несколько раз до итоговой концентрации PEI 20 ppb, после достижения состояния равновесия, каждый раз записывалось значение дзета-потенциа. Эксперимент ясно показывает изменение заряда поверхности из-за увеличения степени покрытия пластины положительно заряженным полиэлектролитом. Концентрации полиэтиленимина в 20 ppb было достаточно для покрытия пластины, что видно по положительному заряду поверхности.

Примеры измерений

Средства по уходу за волосами (шампуни, кондиционеры, красящие вещества)

Изучение адсорбции очень интересно применительно  к средствам по уходу за волосами, так как это позволяет изучать взаимодействия шампуней, кондиционеров и красителей с волосяным волокном.

Рисунок сверху показывает изменение фильтрационного потенциала (= исходные данные, которые мы получаем при измерении на SurPASS, отражает заряд поверхности) во времени. Для измерения в цилиндрическую ячейку прибора был помещен пучок волосяных волокон и была записана базовая линия. Затем в жидкость был добавлен шампунь, при этом заряд волосяных волокон очень быстро изменился. После промывки, шампунь был эффективно удален из волосяных волокон, что привело к изменению заряда до уровня, сравнимого с необработанными шампунем волосами (базовая линия). После добавления кондиционера, который содержит катионные полипептиды, заряд поверхности волосяных волокон стал положительным. Промывка не позволяет удалить кондиционер с волос, это означает, что кондиционер очень стабилен и хорошо адсорбируется на поверхности волосяных волокон.

Биотехнология и медицина (протеины, полипептиды, полисахариды, энзимы, полиэлектролиты)

Этот рисунок показывает зависимость фильтрационного тока от времени при адсорбции BSA (BSA – это бычий сывороточный альбумин. Альбумин – это белок, который отвечает за баланс воды в теле человека) на стекле. Обратите внимание на временную шкалу: этот процесс адсорбции занимает несколько минут, а не секунд, как в предыдущем примере.

Данные показывают начальное быстрое присоединение белка (крутой наклон) и последующее более медленное размещение глобулярного белка на твердой поверхности, приводящее к области плато на кривой. Несмотря на то, что общий заряд поверхности остается отрицательным, процесс адсорбции отчетливо виден по изменению заряда поверхности.

Средства по уходу за одеждой и тканями (моющие средства, смягчители тканей)

Рисунок сверху показывает зависимость фильтрационного потенциала от времени при адсорбции и десорбции смягчителя на ткани. Заряд поверхности необработанной ткани отрицателен (черная кривая), воздействие смягчителя ткани приводит к быстрому изменению и инверсии заряда поверхности ткани (красная кривая). Промывка частично удаляет смягчитель с поверхности ткани, но заряд ее поверхности остается положительным (голубая кривая).

Ключевые особенности прибора SurPASS с программой Attract:

Реальные образцы - адсорбция и десорбция на поверхностях реальных твердых тел практически любой формы

В реальном времени - изучение кинетики адсорбции от нескольких секунд до часов с разрешением 1 секунда

Высокая чувствительность - невероятно высокая чувствительность измерения, даже при очень низких концентрациях адсорбата

Контроль ключевых параметров - одновременное измерение рН и проводимости
Все поля, обозначенные звездочкой *, обязательны для заполнения
(0)