제타 전위의 원리 및 측정 방법 소개

제타 전위는 현탁액에 들어있는 입자에서 나타나는 물리적 특성입니다.
현탁액, 에멀젼 그리고 단백질 용액들의 표면에서의 상호작용을 예측하여 필름 조성이나 코닝액의 조성을 최적화 하는데 이용할 수 있습니다. 제타 전위에 대한 이해를 통해 제품 개발 시간을 단축시킬 수 있습니다. 또한 장기 안정성을 예측하기 위하여 사용되고 있습니다.
제타 전위

전기적 이중층

입자표면에서의 최종 전하의 결정은 카운터 이온(표면에 근접한 입자의 반대의 전하를 가지는) 이온의 밀도 증가로 인한 주위 접촉영역 이온의 분포에 영향을 미치게 됩니다. 이와 같이 전기적이중층은 각각의 입자주위에 분포하게 됩니다.

제타 전위

입자 주위에 존재하는 액상층은 두 가지가 있습니다; 이온이 강한 경계를 이루고 있는 내부영역(Stern layer:전자층)과 보다 약하게 결합되어있는 외부영역(defuse)으로 구성되어 있습니다. 외부영역은 이온과 입자가 안정하게 존재하는 이론적인 경계입니다. 예를 들어 입자가 움직이면(중력에 영향을 받는 경우) 이온은 경계 내에서 움직입니다. 경계의 밖에 있는 이온은 거대한 분산제와 같이 존재합다. 이 경계의 포텐셜(표면의 유체역학 적인 전단응력)이 제타전위입니다. (figure 7).

 

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제타 전위에 영향을 주는 요소들

• pH

수용액에서는 샘플의 pH 가 제타전위에 가장 중요한 인자로 작용합니다. 서스펜젼내의 음전하를 띄는 입자가 있다고 가정해보겠습니다.
알칼리를 서스펜젼에 첨가를 하게 되면 입자들은 점점 더 강한 음전하를 띄게 됩니다. 서스펜젼에 산을 첨가하면 전하는 중성을 띄는 점까지 도달하고 될 것입니다. 산을 계속적으로 첨가하면 양전하를 띄게 될 것입니다.

이 경우, pH에 따른 제타전위 곡선은 낮은 pH에서는 양의 값을 높은 pH에서는 음의 값을 나타내는 갖게 될 것입니다. 그리고 pH에 따른 제타전위를 나타낼 때 전위값이 0이 되는 경우를 등전점이라고 하며 입자를 이햐할 수 있는 중요한 값입니다. 일반적으로 콜로이드 시스템에서 등전점보다 높아야 최소한의 안정성을 유지할 수 있습니다

• 전도도

이중층의 두께(κ-1)는 용액 내 이온의 농도에 따라 결정되고 이는 용액내의 이온의 힘에 따라 계산 할 수 있습니다. 이온의 힘이 크다면 더 압축된 이중층을 형성 할 수 있습니다. 이온 또한 이중충의 두께에 영향을 미칩니다.
Al3+와 같이 알루미늄 3 가의 이온은 Na+같이 1 가의 이온을 가지는 것과 비교했을 때 더욱 두꺼운 이중층을 형성합니다.

무기물이온은 둘 중 하나의 방법으로 표면의 전하에 영향을 받을 수 있습니다. i)등전위점에 영향을 미치지 않는 이온흡착이 나타나지 않는 경우 ii)등전위점에 영향을 미칠 수 있는 특정이온에 흡착이 일어나는 경우 입자표면에서의 이온 특정흡착은(비록 낮은 농도일 경우에도) 입자분산의 제타전위에 거대한 영향을 미칩니다. 몇몇의 경우에는 특정 이온흡착으로 전하가 역전되는 경우도 발생합니다.

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