Como ayuda el Potencial Zeta en las formulaciones de suspensiones y emulsiones

¿Qué es potencial zeta?

El potencial zeta es uno de los parámetros fundamentales que controla la interacción de las partículas en suspensión.

Cuando partículas con carga se aproximan entre ellas, el que se repelen depende del equilibrio entre las fuerzas de atracción  experimentadas en todos los cuerpos, y de las fuerzas de repulsión determinadas por la magnitud del potencial en la capa de deslizamiento. Este es el potencial a una corta distancia de la superficie en dónde las moléculas del dispersante se mueven con respecto a las moléculas en el límite de la superficie.

El potencial zeta es el potencial en la capa de deslizamiento. Las partículas interactúan de acuerdo al potencial en esta capa.

Potencial Zeta como función del pH

El potencial zeta es determinado por la naturaleza de la superficie de la partícula y el medio de dispersión. El pH es a menudo un parámetro importante, y esta gráfica muestra una acción típica del efecto del pH.

En este ejemplo la curva pasa través del potencial zeta en cero, en el eje de las X, y a este punto se le llama punto isoeléctrico. Esto significa que las partículas no experimentan repulsión, por lo que la aglomeración puede ser un efecto a esperarse.

De hecho puede existir cierta atracción cerca de este valor también, y como regla si queremos asegurarnos que exista repulsión entre las partículas, debemos asegurarnos de que el valor de potencial zeta en mayor a +30mV o menor a –30mV.

Esta gráfica nos da la región de inestabilidad en cuanto al pH, en este caso entre pH 4 hasta pH 7.5.

Y las regiones de estabilidad, pH menor a 4 y mayor a 7.5.

Todo esto suena muy bien, pero ¿qué pasa con la gravedad?

En la mayoría de las formulaciones, la fase dispersa tendrá densidad diferente a la del medio, por lo que tenderá a sedimentar. Manteniendo las partículas apartadas sólo reducirá la velocidad del proceso. Si sus partículas dispersas son de densidad diferente a la del medio, siga leyendo>

Para entender como manejar esto, debemos dar un vistazo a dos fuerzas competitivas, la de repulsión y la de atracción.

Esta gráfica muestra la energía de interacción, -KT indica repulsión y KT atracción. R es la distancia entre las partículas, del lado izquierdo las partículas se están tocando. Esta curva azul, es la fuerza de repulsión entre dos partículas y representaría partículas con un potencial zeta alto. A grandes separaciones existe una pequeña interacción. A medida que las partículas se aproximan, la energía de repulsión aumenta. Si las partículas pueden ser aproximadas entre ellas, lo más cerca posible como para vencer la barrera de la energía, las fuerzas de atracción dominarían y causarían que las partículas se junten.  Una vez en este punto de mínima energía primaria, se requeriría mucha energía para separar las partículas.

La curva roja representa únicamente las fuerzas de atracción, y representarían el caso en donde no existe mecanismo de estabilización.  No importando el lugar de las partículas en la dispersión, se irán agregando y caerán en la mínima primaria. La velocidad a la que esto pasa dependerá de la concentración de la muestra y de la velocidad de difusión de la partícula, y será acelerada con la agitación.

La línea verde es la suma de las fuerzas de atracción y repulsión. Note que las fuerzas de repulsión actúan sobre una distancia más grande que la de las fuerzas de atracción.

Este hecho es importante, ya que si reducimos la fuerza de repulsión, reduciendo el potencial zeta, algo inesperado sucede.

La gráfica en la imagen anterior puede ser utilizada para explicar esta observación en las dispersiones de dióxido de titanio.

Variación de la concentración de Calgón
Foto después de dos semanas

Estas ocho botellas, contienen dispersiones de dióxido de titanio en la misma concentración, con concentraciones de calgón, que es el nombre comercial de hexameta fosfato de sodio, que varían desde 0.01% en la izquierda hasta 1.25% en la derecha, y han sido dejadas por dos semanas.

Las dos botellas de la izquierda, han formado un volumen alto de sedimentos. La insuficiente estabilización de carga ha provocado que las partículas se agreguen rápidamente, formando flóculos de baja densidad. Las cuatro botellas de en medio han floculado, pero ahora se han estabilizado, con las partículas paradas en las mínima secundaria.

Las dos botellas de la derecha, tienen una carga lo suficientemente estable que ha prevenido la agregación, pero la gravedad se ha encargado de que las partículas precipiten. El movimiento browniano de las partículas ha provocado que cada partícula vaya a la posición más baja de energía, formando una cama densa que dificultará o hará imposible la re-dispersión.

La lección de esto es que mucha cantidad de dispersante puede ser tan malo como no lo suficiente.

Regresando a la foto de las dispersiones de dióxido de titanio, la distinción principal entre las botellas b y c, y entre la f y g muestra porque las variaciones entre lotes pueden ocurrir sí la formulación esta situada justo en este punto.  Pequeños cambios en la formulación pueden fácilmente desencadenar la floculación o sedimentación.

¿Que hay de mejorar el tiempo de anaquel?

Las formulaciones pueden cambiar en al almacén debido a la hidrólisis, o por el efecto del contenedor utilizado, por ejemplo, los iones de metal pueden disolverse lentamente en una lata, o los gases pueden difundirse a través de una botella de plástico. Si estos efectos son entendidos, entonces el análisis pueden realizarse para encontrar su efecto en el potencial zeta. La formulación entonces, puede ser alterada para resistir cambios debido a estos efectos, o pueden producirse cambios en las condiciones de almacenamiento.

Esto reducirá el consumo de tiempo en pruebas de estabilidad en un gran número de formulaciones, si sólo se concentra en las candidatas.

Proveedores de medición de potencia zeta

A continuación le presentamos a Malvern Instruments, proveedor de medición de potencial zeta:

Malvern Instruments es una empresa líder en soluciones de análisis de tamaño de partícula para caracterización y aplicaciones reológicas.

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Determinación de la capacidad calorífica en pinturas y recubrimientos

Por experiencia se sabe que unos líquidos se calientan con más facilidad que otros. Es decir, requieren menos cantidad de calor para elevar la temperatura en la misma cantidad de grados. De la misma manera, a mayor cantidad de líquido más tardan en calentarse, es decir, requieren más cantidad de calor para elevar su temperatura.

Dos líquidos pueden en un momento dado tener la misma temperatura y sin embargo haber recibido cantidades diferentes de calor, ya sea porque absorben calor en diferentes proporciones por su naturaleza molecular o porque hay diferentes cantidades del mismo líquido. La cantidad de calor que absorbe un líquido es directamente proporcional al tiempo en que permanece en contacto con la fuente de calor o con el cuerpo más caliente.

La capacidad calorífica de un cuerpo es la capacidad que tiene para absorber calor, es decir el número de calorías que requiere el cuerpo para elevar la temperatura en 1ºC.

Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Se suele designar con las letras C o c.

Para medir la capacidad calorífica bajo unas determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una sustancia (o un sistema) con el incremento de temperatura resultante.

Este estudio se lleva a cabo mediante la aplicación de técnica Modulada del Calorímetro Diferencial de Barrido. Este modo de trabajo permite separar las transiciones relacionadas con la capacidad calorífica (Tg, Tm) de las relacionadas con cambios Cinéticos (Tc, entrecruzamiento, relajaciones). Esto se lleva a cabo al afectar el incremento de temperatura con amplitud y frecuencia.

Proveedores de servicios de determinación de capacidad calorífica

A continuación le presentamos a Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), proveedor de servicios de determinación de capacidad calorífica:

Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), realiza actividades de investigación, docencia y servicios tecnológicos en el área de química, polímeros y disciplinas afines para contribuir al progreso del sector industrial, educativo y social.

El CIQA cuenta con un Calorímetro Diferencial de Barrido MDSC 2920 de TA Instruments con opción de Modulado, el cual se puede utilizar desde temperaturas de menos -60 a los 350°C. Además le personal de CIQA cuenta con amplia experiencia en el Análisis Térmico.

Dentro de las características que CIQA ofrece para la determinación de capacidad calorífica, es determinarla de manera rápida y confiable de los materiales. La Capacidad Calorífica se determina en muestras no corrosivas en estado sólido o líquido.

Conozca el Perfil, Productos, Dirección y Teléfono de CIQA.

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Eficiente método de detección del Carbono Orgánico Total

Cerca del 75% de los sólidos en suspensión y del 40% de los sólidos filtrables de un agua residual de concentración media son de naturaleza orgánica. Son sólidos que provienen de animales y plantas, así como de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos.

Los compuestos orgánicos están formados normalmente por combinaciones de carbono, hidrógeno y oxígeno, con la presencia, en determinados casos, de nitrógeno. También pueden estar presentes otros elementos cono azufre, fósforo o hierro.

El carbono puede estar presente tanto en forma inorgánica como orgánica. Sólo el TOC es de relevancia. El Carbono Orgánico Total (TOC), se determina mediante la oxidación del carbono orgánico que está presente en la muestra. Bajo las condiciones del ensayo el carbono forma dióxido de carbono, el cual difunde a través de una membrana para llegar a una solución indicadora. El cambio de color de dicho indicador es evaluado fotométricamente. El TOC es calculado mediante la diferencia entre el Carbono Total y el Carbono inorgánico Total (método de diferencia).

Para medir el TOC se emplean aparatos que usan la oxidación en fase gaseosa. Se inyecta una cantidad conocida de muestra en un horno de alta temperatura. En presencia de un catalizador, el carbono orgánico se oxida a anhídrido carbónico, la producción de la cual se mide cuantitativamente con un analizador de infrarrojos. La aireación y la acidificación de la muestra antes del análisis elimina los posibles errores debidos a la presencia de carbono inorgánico. Si se conoce la presencia de compuestos orgánicos volátiles en la muestra, se suprime la aireación para evitar su separación. El ensayo puede realizarse en muy poco tiempo, y su uso se está extendiendo muy rápidamente. No obstante, algunos compuestos orgánicos presentes pueden no oxidarse, lo cual conducirá a valores medidos del TOC ligeramente inferiores a las cantidades realmente presentes en la muestra.

El método de detección de TOC conductimétrico de membrana de ha demostrado ser una técnica extremadamente confiable para medir el TOC. La tecnología de Sievers utiliza una membrana de gas permeable donde pasa solo el CO2 producido por la oxidación de orgánicos. Evitando que los ácidos, las bases, y los compuestos halogenados interfieran con la medida del CO2 de la oxidación, el método conductímétrico de membrana da selectividad, sensibilidad, estabilidad, exactitud y precisión incomparables.

GE Analytical Instruments diseñó el analizador en línea para TOC Sievers 500 RL TOC para librar el riesgo de la capacidad de manejo de la producción en piso. El analizador en línea de TOC 500 RL se basa en el método de detección conductimétrico de membrana, proporcionando garantía de calidad continua, en línea para agua grado farmacéutico, reduciendo considerablemente el tiempo muerto y eliminando los retrasos y costos asociados con los análisis del laboratorio. El 500 RL también mide conductividad USP, y ayuda a asegurar que las aguas del producto resuelvan los requisitos de calidad durante el funcionamiento de toda la producción.

T5DC S. A. de C. V., es una empresa experta en el mercado farmacéutico. Con 25 años de experiencia, se encuentran dedicados a la representación, comercialización y soporte técnico de cuatro líneas extranjeras especializadas en productos para la industria farmacéutica. Una de las líneas que maneja es precisamente la de Sievers, líder mundial en el diseño y fabricación de equipos analizadores de TOC que cumplen con pruebas exigidas para determinar la pureza del agua, control de sistemas críticos y validación de limpieza de acuerdo a las farmacopeas internacionales.

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