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Colloidal Dispersions and How to Measure Their Stability

A colloidal dispersion is composed of solid, liquid, or gas particles dispersed in a continuous phase (solid, liquid, or gas). “Colloidal” refers to particles with at least one dimension ranging from 1nm to 1µm. The most encountered colloidal dispersions are solid-liquid (suspensions), liquid-liquid (emulsions), gas-liquid (foams), and solid-gas (aerosols) dispersions.

Colloidal dispersions are inherently thermodynamically unstable systems because they tend to minimize surface energy. Hence, the stability of a colloidal system is inevitably linked to a notion of time, defined by the process, use, and application involved.

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Stability of colloidal dispersions

Two stability categories can be distinguished: colloidal stability and gravitational stability.

1.       Colloidal stability relates to particle size change (e.g., aggregation or agglomeration). If particles are not subject to size variation, the dispersion is considered colloidally stable. Hence, colloidal stability depends on several types of interactions such as:

  • Van der Walls and electrostatic interactions (classical Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theory)
  • Steric interactions (e.g., polymer adsorption)
  • Hydrophobic effect
2.        Gravitational stability refers to the ability of particles to resist particle migration (e.g., sedimentation or creaming) and mainly depends on the rheological properties of the colloidal dispersion such as viscosity and density of the continuous phase, size, and density of the particle. For diluted colloidal particles in a Newtonian fluid, this migration phenomenon can be described by Stokes' law.

Sedimentation is sometimes confusingly considered as colloidal instability.

For example, a particle dispersion in a solvent can be colloidally stable (there is no change in particle size) while it is gravitationally unstable (particles settle due to unmatched density with the solvent).

It is worth noting that destabilizing colloidal dispersion can lead to gravitational instability (larger particles start to settle quickly).

How to measure colloidal dispersion stability?

La dispersión de luz electroforética (ELS) es una técnica común utilizada para evaluar el potencial de una dispersión para permanecer estable. La ELS permite medir el potencial zeta de una dispersión, lo que proporciona información sobre las interacciones electrostáticas y, por extrapolación, su tendencia a aglomerarse. El potencial zeta es un indicador fiable de la estabilidad de la dispersión, pero varios parámetros, como los efectos estéricos, la sedimentación o los efectos hidrófobos, también tendrán una gran influencia. Por consiguiente, basarse en los valores del potencial zeta sólo puede conducir a falsas interpretaciones de la estabilidad, por ejemplo, con nanopartículas metálicas en medios complejos, soles acuosos de sílice y emulsiones de aceite en agua.

La técnica SMLS ofrece sólidas ventajas para la caracterización de fenómenos desestabilizadores. Tanto la estabilidad gravitacional como la coloidal de las dispersiones pueden evaluarse con una manipulación mínima de las muestras. Y lo que es más importante, los resultados se obtienen analizando las formulaciones en sus estados nativos, lo que garantiza la representatividad de los resultados.

En Microtrac, proponemos una gama de dispositivos basados en SMLS, Turbiscan, que proporcionan un análisis cuantitativo de la estabilidad hasta 1.000 veces más rápido que las pruebas convencionales. Si desea más información, no dude en ponerse en contacto con nosotros.

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