M3-PALS를 통한 제타 전위 측정의 단순화
서론
제타 전위는 입자간의 척력 또는 인력의 정도에 대한 측정치이며 양조, 요업, 제약, 수처리 등 다양한 산업에서 중요하게 간주되는 매개변수이다.
그러나 제타 전위 측정은 복잡할 수 있으며, 정확하고 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 위해서는 어느 정도의 전문성이 필요하다. Malvern Instru ments는 새로운 Zetasizer Nano 시리즈를 통해 제타 전위 측정을 단순화 할 뿐만 아니라 M3 PALS라는 새로운 측정기술을 활용하여 측정의 정확성을 향상시켰다.
확산의 제타 전위를 파악하면 확산의 정전기 상호작용을 제어할 수 있으며, 이에 따라 유제 또는 확산의 안정성을 제어할 수 있다. 이는 효능, 저장 수명, 제품 성능에 매우 중요할 수 있다.
지난 20년 동안 제타 전위의 중요성에 대한 인식이 증가함에 따라, 활용 가능한 기술과 기기는 크게 향상되어 왔다. 그러나 기기의 사용 용이성과 시스템 자체 내 시료의 교차오염 등 몇 가지 문제가 남아있다.
Zetasizer Nano 시스템은 이러한 문제를 해결하기 위해, M3 PALS 기술을 이용해서 제타 전위를 측정한다. 이는 특허기술인 혼합 모드 측정(M3) 기법과 확립된 위상 분석 광산란(PALS)을 결합한 차세대 기법이다. 이러한 기법들의 결합은 측정을 보다 정확하고 간소하게 해주며 교차오염을 제거하는 세계 최초의 제타전위 측정용 일회용 셀의 개발을 가능하게 한다.
PALS
PALS는 레이저 도플러 유속계(LDV)의 이형이다. LDV는 전위가 적용되는 상태에서 고전적인 전기영동 셀을 활용하며, 셀 내에서 이동하는 입자에 의해 발생하는 빛의 주파수 변경에 따른 입자 운동성을 측정한다. 측정된 운동성은 확립된 이론을 활용하여 제타 전위로 변환된다. 이 기법은 전도성이 큰 시료에 대하여 열적 문제를 초래할 수 있는 큰 전기장의 적용을 요구한다.
PALS는 광산란 단계에 포함된 정보를 사용하여 주파수 변경을 결정하기 때문에 훨씬 더 민감한 기법이다. 이 방법은 광학적 설정은 LDV 방법과 동일한 것을 사용하지만 신호 처리 방법은 다른 방법을 사용한다. 측정된 위상 전환은 입자의 위치 변경에 직접적으로 비례한다. 위상을 이용하면 주파수 분석 보다 약 수 천 배 더 큰 분해능의 식별이 가능하다.
PALS 기법은 원래 전기영동 운동성이 수중 매체 내에서 일반적인 수준인
10-8m2/sV 보다 작은 경우에 운동성이 낮은 시료에 대한 측정 민감성 향상을 위해 개발됐다. 이 기법은 일반적으로 단순한 평행 평판 전극들을 통틀어 사인파형 전기장을 사용하여 적용되며, 줄(Joule) 가열때문에 온도 안정성을 달성하기 어려운 경우에는 전기영동 운동성과 열요동을 구분하는 능력이 특히 유용하다.
M3 측정 기법-1
M3는 모세관 셀 내에서 전기영동을 활용하여 제타 전위를 측정하는 비교적 새로운 기법이다. 이는 고정층에서의 최고 측정 능력(아래에 설명됨)과 최근 제시된 급속자장역전(FFR: Fast field reversal) 기법(아래에 설명됨)을 결합함 으로써 전례없이 높은 정확성과 분해 능을 가능케 한다.
전기장의 영향을 받을 경우, 관성이 매우 낮은 초미세 입자들은 마이크로초에 종단 속도에 도달한다. 실제 속도는 입자에 관련된 전하(제타 전위), 매체의 점도, 적용되는 전기장에 따라 결정된다.
그림1] 고정층의 위치를 보여주는 모세관 셀
