Potencial Zeta

Os sólidos em contacto com uma solução electrolítica possuem uma distribuição de cargas à superfície diferente das fases sólidas e líquidas no seu interior. O excesso de uma espécie iónica e a escassez de outra leva à formação da dupla camada electroquímica (figura 23). A dupla camada é constituída por:

♦Uma camada de carga na superfície do material;

♦Uma camada de carga de sinal contrário do lado da solução. Esta camada é formada

por:

- uma camada imóvel ou rígida – onde as cargas estão fixas à interface sólido/líquido; - uma camada móvel ou difusa – onde as cargas são sujeitas a um movimento térmico.

Figura 23- Representação esquemática do Potencial Zeta [61].

Em que:

Potencial no plano intermédio

Camada difusa C am ad a im óv el

Distância da partícula à superfície 1

2 3

1 – potencial à superfície; 2 - potencial na camada imóvel 3 – potencial zeta

Quando é aplicada uma força externa, paralela à interface sólido/líquido, um movimento relativo entre as fases sólida e líquida ocorre. Enquanto as camadas imóveis se mantêm na superfície sólida e na fase líquida, a camada móvel é varrida juntamente com o seio da solução. A posição do plano intermédio entre as 2 camadas, difusa e imóvel, é determinado pelo equilíbrio entre as forças de atracção externas e as forças da superfície.

O potencial no plano intermédio (interface entre as camadas móvel e imóvel) é conhecido como potencial electrocinético ou potencial zeta.

A acumulação de carga na interface sólido/líquido (formação de uma dupla camada electroquímica) é baseada na adsorção de iões ou polielectrólitos na superfície sólida, na dissociação de grupos moleculares à superfície, por exemplo grupos ácido/base, e na dissolução de iões de certos sólidos inorgânicos.

A extensão deste processo depende da composição química e da estrutura física do sólido e da composição do líquido envolvente. A formação da dupla camada e a magnitude e o sinal do potencial zeta é, no entanto, determinada tanto pelas propriedades do sólido quer do líquido.

Numa superfície, a dissociação de grupos funcionais provoca uma acumulação de cargas. A dissociação de grupos ácidos numa superfície carregada negativamente provoca o aumento das cargas negativas. A dissociação de grupos alcalinos dá origem ao aparecimento de cargas positivas.

É obvio que o grau de dissociação e o potencial zeta são fortemente dependentes do pH da solução aquosa.

Neste trabalho, a determinação do potencial zeta é feita através do Electro Kinetic Analyser (EKA) da Anton Paar e é baseado no método da queda de potencial electroquímico. Este método é classificado como um método para análise das propriedades da interface de um material sólido em contacto com um líquido, em que existe movimento do líquido em contacto com a superfície.

A solução electrolítica é bombeada através da célula contendo a amostra a analisar, provocando uma queda de pressão. A amostra sólida é colocada na célula entre 2 eléctrodos e, havendo movimento de cargas, vai existir também uma queda de potencial. O potencial zeta é

dado pela equação de Smoluhowski, a qual relaciona a queda de pressão com a queda de potencial na passagem pela amostra.

ζ = dU/dP × η/(ε×ε0) × L/(Q×R)

em que:

ζ = potencial zeta

dU = queda de potencial electroquímico P = queda de pressão na célula

η = viscosidade da solução electrolítica

ε = constante dielétrica da solução electrolítica ε0 = permitividade no vácuo

L = comprimento da amostra Q = corte de secção da amostra R = resistência na célula

Desde que sejam utilizadas soluções aquosas diluídas para determinação da queda de potencial electroquímico, a viscosidade e a constante dieléctrica da água são aceitáveis.

O EKA permite medir a queda de potencial electroquímico, e alternativamente a corrente de potencial electroquímico, a diferença de pressão, a condutividade do electrólito e a resistência da amostra. Os valores de viscosidade e as constantes dieléctricas são obtidos através de tabelas contidas no software do equipamento. Além disso, a temperatura e o pH do electrólito também são determinados pelo EKA.

Para a determinação do potencial zeta é essencial usar um electrólito diluído, com efeito, uma baixa concentração corresponderá à camada difusa que se estende mais para o interior do electrólito, obtendo-se então valores de potencial zeta mais correctos. Com o aumento da concentração do electrólito, a camada difusa é comprimida, e ocorre um acelerado declínio do

potencial com a dupla camada electroquímica. A diferença entre os valores de potencial zeta é reduzida e verifica-se uma diminuição na sensibilidade das medições [11].

Foram estudadas 6 amostras de Ga, 8 amostras de Nat e 5 amostras de DPPA, de Aga 0,6 % e Aga 1%.

PROTOCOLO - Potencial zeta

As membranas ficaram a equilibrar numa solução de PBS diluída de 1:100, durante 2 horas com agitação. Depois foram cortadas em pedaços, o mais pequenos possível, de modo a simular um pó.

Após as 3 lavagens com água da torneira e as 4 lavagens com água destilada o equipamento foi lavado 2 vezes com o electrólito, o PBS 1:100.

A célula utilizada foi a célula cilíndrica que é constituída por eléctrodos de disco perfurados de Ag/AgCl.

3.4. Difusão

Nestes estudos utilizou-se a célula de difusão com dois compartimentos de igual volume [10]. Uma hipótese para um dos passos mais importantes da calcificação de válvulas

bioprotésicas de pericárdio bovino tratadas com glutaraldeído é o fluxo de iões cálcio para o interior do tecido bioprotésico imediatamente a seguir à cirurgia.

Foi estudada a difusão dos iões cálcio através de amostras de tecido tratado e não tratado.

O coeficiente de permeabilidade foi calculado a partir da Lei de Fick:

Coef. de permeabilidade = (dm/dt)/A . x/C

em que:

dm/dt = Variação de massa por unidade de tempo (mg/min) A = Área de difusão (constante) = 90,8mm2

C = Concentração inicial de cálcio na solução dadora (constante) = 100 mg/L [9].

Foram estudadas 6 amostras de Ga e de DPPA e 3 amostras de Nat, Aga 0,6% e Aga 1%.

PROTOCOLO – difusão

Preparou-se uma solução de CaCl2 a 0,2% (18 mmol/L).

Numa célula de difusão (figura 24) constituída por 2 compartimentos separados pela amostra em estudo (membrana com dimensões 2×2 cm), foram colocados 35 mL de solução de

CaCl2 a 0,2%, e no outro foram colocados 35 mL de água.

Os ensaios decorreram numa estufa orbital a 37ºC e com uma agitação de 150 r.p.m. e a célula de difusão foi sempre colocada com a mesma disposição.

As amostras foram retiradas nos intervalos de tempo seguintes (em minutos): 0, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 e 120, sendo retirados em cada tempo, 10 mL de solução do compartimento que inicialmente continha apenas água. Esse volume retirado é rectificado com 10 mL de água destilada.

Figura 24 - Fotografia esquemática da célula de difusão.

Depois seguiu-se a determinação do teor de Ca das soluções. Para isso foi utilizado um espectrofotómetro de absorção atómica, com atomização por chama de protóxido/acetileno, da marca GBC, modelo 904AA [2] e [10].

As soluções foram analisadas directamente, sem qualquer outro tratamento adicional, procedendo-se a diluições quando necessário. O branco e os padrões possuíam matrizes idênticas às das amostras.

Depois efectuaram-se os respectivos cálculos para as diluições efectuadas.