광학적 특성 검증:레이저 회절과 이미지 분석 측정의 비교-1







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서 론 

 

   레이저 회절 기법을 사용하여 정확한 결과를 취할하려면 사용자들이 시험되는 재료의 광학적 특성을 파악할 필요가 있다는 것은 오래 전부터 알려진 사실이다. 레이저 회절을 위한 국제 표준인 ISO133201에 따르면, 크기가 50마이크론 이하인 입자들을 측정할 때에는 입자들의 가상적인 굴절률(흡수)와 더불어 입자와 분산상의 굴절률에 대한 실제적인 값을 알아야 한다.

 

   광학적 특성에 대한 이러한 요건의 중요성은 입자와 분산제 간 굴절률 차이의 중요성에 필적할 만큼 더욱 강조되고 있다. 굴절률의 차이가 작은 경우, Fraunhofer 근사치 등 더욱 간단한 분석 모델 또는 부정확한 광학 특성을 적용한다면 크기가 50마이크론 이상인 입자들의 크기 측정을 실행할 때조차 상당한 오류가 발견될 수 있다.

   이 연구에서는 이미지 분석 기법을 이용하여 아가로스 비드 시료에 대하여 취할된 레이저 회절 결과를 검증했다. 이미지 분석은 특히 레이저 회절에 의해 보고된 미세 입자 부분들에 대한 검증이 필요할 경우 레이저 회절을 통해 취할된 결과의 상관관계 가능성을 파악하는데 유용한 기법이다. 뿐만 아니라, 입자들의 직접적인 이미징은 광학적 특성의 평가를 가능케하기 때문에 레이저 회절 분석에서 정확한 설정을 할 수 있다.

 

 

 

측정 관련 세부사항 

 

  다공성 아가로스 비드들은 생명공학 분야에서 단백질 또는 기타 거대분자들을 정화하기 위해 사용되는 겔 투과 크로마토그래피 컬럼 내에서 포장재로 사용된다. 비드들의 크기는 크로마토그래피 컬럼 내에서 비드들이 함께 채워지는지를 파악하고 이에 따라 다양한 거대 분자들의 용리 시간을 파악하는 데 중요하다.

 

  입도의 감소는 용리 시간이 길어지게 할 수 있고, 흡수를 위한 표면적이 증가함에 따라 분리 시 취할되는 전체적 분해능이 향상될 수 있다. 비드들 내에 존재하는 구멍들의 크기는 분리될 수 있는 거대분자들의 분자량 범위에 영향을 줄 수 있기 때문에 중요하다.

 

 

최초 측정 

 

 

   아가로스 비드(그림 1)의 구형적 등급에 대한 입도를 검증하기 위해 Mastersizer 2000 레이저 회절 시스템이 사용되었다. 아가로스 비드는 탈이온수 안에서 분산되었다. 회절 데이터 분석에서는1.52의 굴절률을 사용했는데, 이 률은 다당류에 대한 굴절률 값의 중간 범위에 있는 것으로 알려져 있다. 비드들의 크기 분포는 좁을 것으로 예상되었다.

 

  그러나 레이저 회절 결과는 두 개의 피크(약 100μm 크기에서 좁은 형태 그리고 보다 미세한 입자 크기에서 두 번째 더 넓은 형태)들이 존재함을 시사했다(그림 2). 아가로스 비드들의 생산에 사용된 처리 조건을 고려할 때, 미세한 형태의 존재는 예상되지 않았다.

 

 

 


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