Bestimmung der Effektivität von Detergentien mit QCM-D

Eine Schwingquarzmikrowaage mit Dissipationsmessung (QCM-D) kann zur Verbesserung der Effektivität von Detergentien und deren Formu­lie­rungen verwendet werden. Dabei können sowohl die Abbaurate und Kon­for­mationsänderungen in der Schmutzschicht, als auch die Menge des entfernten Materials in Echtzeit beobachtet werden.

Im Folgenden werden zwei Messungen vorgestellt, bei denen sowohl eine einfache Modell-Verschmutzung (Trio­lein), als auch eine realistische praxisnahe Fettmischung (standardisiertes ge­brauchtes Bratfett SUCF) verwendet wurden.

In dem Modellversuch wurde eine ca. 30 nm dicke Schicht Triolein (Gly­c­e­rinölsäure-Triester) auf mehrere Standard-QCM-D-Sensoren durch Spin­-Coating aufgebracht. 

Diese Lipid­­­schicht wurde mit verschie­­de­nen Konzentrationen von Tri­ton­X-100 behandelt: 0,1-fache kriti­sche Mizellenkonzentration (0,1 x CMC), 0,9-fache CMC und 10 x CMC. Die Reinigungswirkung ist bei hoher Konzentration am besten; der Lipid-Film wird weitgehend entfernt. Gleich­zeitig kann erkannt werden, dass bei hoher Konzentration die Auflösung des Films bereits kurz nach der Zugabe des Tensids beginnt, während bei unterkritischen Konzentrationen erst beim abschließenden Spülvorgang eine (geringe) Dickenänderung eintritt (bei t = 50 min) (Abb. 1a). 

Im Temperaturverhalten zeigt sich, dass die Reinigungswirkung bei gleicher Konzentration aber höherer Temperatur besser ist, wobei es die Echtzeit-Messung möglich macht, durch Variieren der Temperatur sowohl die Reinigungstemperatur (niedrigste Temperatur, die zur gewünschten Entfernung des Films nötig ist) als auch die Einwirkungszeit zu optimieren (Abb. 1b).

Standardisiertes gebrauchtes Bratfett SUCF stellt ein praxisnahes komplexes Gemisch aus Fetten dar, welches kommerziell erhältlich ist. Dieses wurde zum Vergleich zweier Detergentien auf zwei Standard QCM-D-Sensoren aufgebracht. In Abbildung 2 ist zu sehen, dass bei Zugabe der Detergentien A und B (t = 900 s) bei beiden Versuchen ein sofortiges anfängliches Quellen des Fettfilms sichtbar wird. Detergent A zeigt ein darauffolgendes schnelles Entfernen eines Teils des Fettfilms. Beim Spülen mit Wasser (t = 2300 s) wird in beiden Fällen ein Großteil des Fettfilms entfernt, wobei Detergent B die bessere Gesamtreinigungswirkung zeigt.

 

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