Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Trossat Bastien Guyot Antoine Millot Jules TP 2 Mobilité électrophorétique L’ob

Trossat Bastien Guyot Antoine Millot Jules TP 2 Mobilité électrophorétique L’objectif de ce TP est de mesurer la mobilité électrophorétique de particule en solution grâce par un appareil de microélectrophorèse qui est le « Rank Brothers II » et un second appareil plus récent quiest le Zetasizer de chez Malvern. Définition du potentiel zêta : D'un point de vue théorique, le potentiel zêta est le potentiel électrique dans la double couche interfaciale à l'emplacement du plan de glissement par rapport à un point du fluide en vrac éloigné de l'interface. En d'autres termes, le potentiel zêta est la différence de potentiel entre le milieu de dispersion et la couche stationnaire de fluide attachée à la particule dispersée. La double couche est composée d’une couche compacte constituée uniquement d’ions de charge opposé à la surface de la particule et d’une couche diffuse adjacente à la couche compacte avec une distribution ionique définie par les forces électriques. Le potentiel zêta peut être utilisé pour optimiser les formulations de suspensions, d’émulsions et de solutions protéiques, il permet de prédire les interactions avec les surfaces et d’optimiser la formation de films et de revêtements. Rank Brothers II Figure 1 : Rank brothers II. L’appareil ci-dessus permet des mesures de mobilité électrophorétique à l'aide d'une cellule cylindrique à paroi mince en Pyrex, particulièrement adapté pour :  Les très petites particules (ultra-microscope conventionnel ou illumination laser).  Une concentration élevée d'électrolyte (petite section transversale, donnant de petits courants et peu de polarisation).  Thermostatisation rapide et absence de courants de convection. Le terme électrophorèse fait référence au mouvement d'une particule chargée lorsqu'un champ électrique est appliqué. Dans notre cas, lorsque l’on applique un champ de 100V sur des particules il est possible de mesurer leurs vitesses grâce à un écran où l’on mesure le temps que met une particule à parcourir un quadrillage de 500µm de côté. Pour réaliser cette mesure il faut faire la mise au point de la caméra pour placer la distance focale entre les parois où se trouvent notre solution. Il est important de se placer dans la phase stationnaire de la solution pour obtenir des valeurs justes. Avec la vitesse de la particule dans la solution il est possible de calculer le potentiel électrique à la surface de cisaillement entre la particule et le milieu environnant et la charge électrique contenue dans la surface de cisaillement. Le déplacement des particules se fait de l’anode à la cathode pour des particules chargés positivement. Les mesures de vitesse sont effectuées 5 fois puis on inverse la polarité et on remesure 5 fois. Mesure de potentiel zêta et de mobilité électrophorétique par le zetasizer de chez Malvern: Dans les mesures du potentiel zêta, un champ électrique est appliqué à l'échantillon et le mouvement de la particule est mesuré à travers l'échantillon. Le mouvement des particules est mesuré par vélocimétrie laser doppler. La mesure est relativement simple. Il suffit de remplir une cellule contenant notre solution et de rentré plusieurs paramètres pour notre mesure. L’appareil réalise plusieurs mesures pour une acquisition. Il est possible d’avoir un noircissement des électrodes qui se produit également si le milieu de dispersion a une concentration élevée en sel et donc avec une conductivité élevée. Il est recommandé d'utiliser une concentration de solvant de 10 mM NaCl comme milieu de dispersion. De faibles concentrations peuvent sérieusement dégrader le rapport signal/bruit et donneront des résultats bruyants et incohérents. Des concentrations élevées peuvent entraîner des effets de diffusion multiples et des interactions entre les particules, qui peuvent tous deux produire des changements dans le potentiel zêta mesuré. Généralement, les mesures du potentiel zêta sont effectuées après avoir effectué une diffusion dynamique de la lumière (DLS). Si c'est le cas, normalement la concentration optimale pour la DLS fonctionne bien pour les mesures du potentiel zêta. Protocole : Nous avons préparé les solutions suivantes : Tableau 1 : les différentes solutions préparées. pH NaCl 10-3M NaCl 10-3M Al2O3 1%w/w NaCl 10-3 PAANa 0,4% NaCl 10-3M Al2O3 1%w/w PAANa 0,4% 3 x x x x 5,5 x x x x 9 x x Nous avons mesuré le potentiel zêta et la mobilité électrophorétique avec le nano ZS pour chaque solution. Avec Rank Brothers II nous avons mesuré la vitesse des particules seulement pour les solutions à pH 3. Selon le pH il y a une variation de la nature de la charge en surface de la particule et donc de la double couche et du potentiel zêta. Donc selon le sens de migration des particules avec le rank brothers II nous pouvons déterminer la charge de la particule. Réaction de surface : --AlOH+2  --AlOH+ H+ --AlOH+ OH−  --AlO− + H2O Force ionique I= 1 2 ⋅∑ i Ci⋅z ²i Dans le cas d’une solution à pH 3 contenant et une concentration en NaCl de 10-3 M, il faut prendre en compte le sels et l’acide ajouté pour ajuster le pH. I = 1 2 *(CNa * z Na + CCl * z Cl + CH * zH) I = 1 2 *(10-3 *1² + (10-3 + (0.05/50+0.05) *10-1)*(-1)² + 10-3 * (1)²) K² = 2000∗I∗F² ε r¿ε0¿R¿ T K² = 2000∗0,01∗96500² 80¿8,85E−12¿8,314¿293 = 2,15975E+16 K-1 = 1 √K ² Ka = 4,5 E−6 6,80453E−09 = 0,66 Tableau 2 : Force ionique, K², K-1 et Ka des solutions à différents pH : pH Force io- nique K² K-1 Ka 3 0,002 2,15E+16 6,80E-09 0,668 5,5 0,001 1,07E+16 9,62E-09 0,468 9 0,001 1,07E+16 9,62E-09 0,468 Tableau 3 : Mesure de mobilité électrophorétique avec le nano ZS . Mobilité electrophorétique avec polymère en µmcm/Vs Mobilité electrophorétique sans polymère en µmcm/Vs pH 3 -1,491 1,438 pH 5,5 -5,872 -3,021 pH 9 x -4,054 Tableau 4 : Mesure de mobilité électrophorétique avec le Rank Brothers II à pH 3 sans PAA. Temps parcouru deux car- reaux Vitesse en m/S m/Vs µmcm/Vs 17,53 5,70E-05 5,70E-07 0,570 14,13 7,08E-05 7,08E-07 0,708 15,57 6,42E-05 6,42E-07 0,642 15,55 6,43E-05 6,43E-07 0,643 14,5 6,90E-05 6,90E-07 0,690 15,62 6,40E-05 6,40E-07 0,640 15,8 6,33E-05 6,33E-07 0,633 15,04 6,65E-05 6,65E-07 0,665 13,61 7,35E-05 7,35E-07 0,735 13,87 7,21E-05 7,21E-07 0,721 MOYENNE 15,122 6,61E-05 6,61E-07 0,661 Tableau 5 : Mesure de mobilité électrophorétique avec le Rank Brothers II avec PAA à pH 3. Temps parcouru deux car- reaux Vitesse en m/S m/Vs µmcm/Vs 42,95 2,33E-05 2,33E-07 0,233 43,02 2,32E-05 2,32E-07 0,232 43,06 2,32E-05 2,32E-07 0,232 39,00 2,56E-05 2,56E-07 0,256 37,02 2,70E-05 2,70E-07 0,270 37,67 2,65E-05 2,65E-07 0,265 41,27 2,42E-05 2,42E-07 0,242 40,98 2,44E-05 2,44E-07 0,244 41,69 2,40E-05 2,40E-07 0,240 42,64 2,35E-05 2,35E-07 0,235 42,99 2,33E-05 2,33E-07 0,233 MOYENNE 41,12 2,43E-05 2,43E-07 0,243 On constate un facteur deux entres les résultats des mesures du nano Zs et les mesures avec le rank brothers II . Les mesures de potentiel zêta par le nano ZS à plusieurs avantages. Il permet des mesures rapides sans préparation de la solution si l’on se trouve dans des conditions de conductimétrie convenable et cela en moins 5 minutes. Une fois la cellule remplie, il suffit uniquement de connaître les paramètres de réfraction et d’adsorption de la solution et on peut réaliser de nombreuse mesure. En revanche avec le Rank Brothers II les mesures sont plus longues. Il faut calibrer la focale de la caméra de l’appareil, il faut mesurer plusieurs vitesses de particules pour obtenir une valeur de mobilité. On a donc une incertitude sur le temps mesurer de la particule, une incertitude dû à la gravité subie par la particule, il y a une limite en taille et en densité de la particule. Il faut des particules avec des densités proches de celle de l’eau. Mesure de mobilité électrophorétique : Ψ = 3∗µ∗η L 2∗ε 0 ¿ ε r Ψ = 3∗10 E−3∗(−1,491E−6) 2∗80¿8,85E−12¿8,314 Tableau 6 : Mesure de mobilité électrophorétique et de potentiel zeta obtenu par le Nano ZS. Mobilité electro- phorétique µmcm/Vs Potentiel zêta calcu- lé en mV Potentiel zêta selon le nano ZS en mV Avec PAA pH 3 -1,491 -3,16 -19,0 pH 5,5 -5,872 -12,44 -74,9 pH 9 x x x Sans PAA pH 3 1,438 3,05 28,0 pH 5,5 -3,021 -6,40 -38,5 pH 9 -4,054 -8,59 -51,7 Les valeurs de potentiels zêtas calculés selon la mobilité électrophorétique sont bien inférieures au potentiel mesuré avec le Nano ZS. Cela s’explique par le fait que le calcul du potentiel zêta est fait avec un modèle différent de celui obtenue par le calcul. Parmi nos mesures il y a une problématique qui n’a pas été encore développer qui est l’effet tampon de nos particules. En effet, les particules peuvent tamponner le milieu dans lequel elles se trouvent. Entre la préparation et les mesures de nos solutions il s’est écoulé plus d’une heure. Dans ce laps de temps, un équilibre entre la surface de nos particules et le milieu à changer le pH. Les valeurs de potentiel zêta obtenu sont probablement erronées au pH auxquelles on les associe. Si l’on compare nos valeurs à de la bibliographie : Ce cas est relativement similaire car dans cette étude il utilise un électrolyte uploads/Finance/ tp-zeta.pdf