입자 크기를 결정하는 네 가지 주요 방법은 체 분석, 직접 이미지 분석, 정적 광산란(레이저 회절이라고도 함) 및 동적 광산란입니다. 이 네 가지 방법 모두 입자 크기를 측정하지만, 작동 원리가 크게 다르며 다양한 유형의 재료 및 크기 범위에 적합합니다. 방법 선택은 결과의 정확성과 관련성에 직접적인 영향을 미치므로 매우 중요합니다.
올바른 입자 크기 측정 방법을 선택하는 것은 "최고의" 방법을 찾는 것이 아니라 가장 적절한 방법을 찾는 것입니다. 귀하의 결정은 샘플의 예상 입자 크기 범위, 필요한 정보(예: 크기 대 모양), 그리고 재료 자체의 특성에 따라야 합니다.
각 방법에 대한 자세한 내용
각 기술은 입자의 세계를 들여다볼 수 있는 독특한 창을 제공합니다. 작동 방식을 이해하는 것이 분석에 적합한 도구를 선택하는 첫 번째 단계입니다.
체 분석: 전통적인 표준
체 분석은 가장 전통적이고 직관적인 방법입니다. 이 방법은 샘플을 점진적으로 더 작은 구멍을 가진 직조망 체 스택을 통과시키는 것을 포함합니다.
재료는 어떤 체에 남아 있는지에 따라 물리적으로 다른 크기 분획으로 분리됩니다. 각 체에 있는 재료의 무게를 측정하여 입자 크기 분포를 만듭니다.
이 기술은 견고하고 저렴하며 일반적으로 45마이크로미터보다 큰 크고 건조하며 자유롭게 흐르는 입상 재료를 특성화하는 데 이상적입니다.
직접 이미지 분석: 보는 것이 믿는 것
이 방법은 현미경과 디지털 카메라를 사용하여 개별 입자의 이미지를 캡처합니다. 그런 다음 소프트웨어는 이러한 이미지를 분석하여 다양한 크기 및, 중요하게는, 모양 매개변수를 측정합니다.
두 가지 주요 유형이 있습니다.
- 정적 이미지 분석: 입자가 현미경 슬라이드에 분산되어 정지 상태에서 측정됩니다.
- 동적 이미지 분석: 입자가 카메라 렌즈를 지나 흐르면서 움직이는 상태에서 측정됩니다.
이미지 분석은 직접적인 시각 정보를 제공하고 크기뿐만 아니라 다른 모양의 입자를 구별할 수 있다는 점에서 독특합니다.
정적 광산란(SLS): 빛 패턴으로 크기 측정
종종 레이저 회절(LD)이라고 불리는 이 방법은 매우 인기 있고 자동화된 방법입니다. 레이저 빔이 분산된 입자 샘플을 통과하고, 입자가 산란시키는 빛은 일련의 검출기에 의해 측정됩니다.
기본 원리는 간단합니다. 큰 입자는 작은 각도로 빛을 산란시키고, 작은 입자는 넓은 각도로 빛을 산란시킵니다. 그런 다음 알고리즘은 측정된 산란 패턴을 생성할 입자 크기 분포를 계산합니다.
SLS는 매우 빠르고 나노미터에서 밀리미터까지 매우 넓은 측정 범위를 포괄하므로 미세 분말에서 에멀젼에 이르기까지 모든 것에 다용도로 사용할 수 있습니다.
동적 광산란(DLS): 나노입자 움직임 측정
동적 광산란은 서브마이크론 및 나노미터 범위의 입자에 대한 표준입니다. 이 방법은 액체에 현탁된 입자를 비추고 산란된 빛 강도의 급격한 변동을 측정하여 작동합니다.
이러한 변동은 브라운 운동으로 인한 입자의 무작위 움직임으로 인해 발생합니다. 작은 입자는 액체를 통해 더 빠르게 움직이고, 큰 입자는 더 느리게 움직입니다. 이 변동의 속도는 입자 크기와 직접적으로 관련됩니다.
DLS는 액체 현탁액에 있는 매우 작은 입자에만 사용되며 건조 분말에는 직접 사용할 수 없습니다.
절충점 이해: 방법 대 재료
모든 응용 분야에 완벽한 단일 방법은 없습니다. 주요 절충점은 크기 범위, 얻는 정보 유형 및 샘플의 특성 간에 있습니다.
입자 크기 범위
각 방법의 유효 범위가 가장 중요한 차별점입니다.
- 체 분석: 거친 재료(> 45 µm(마이크로미터))에 가장 적합합니다.
- 레이저 회절(SLS): ~10 nm에서 수 밀리미터까지 매우 넓은 범위.
- 동적 광산란(DLS): 나노 스케일에 특화되어 있으며, 일반적으로 ~1 nm에서 ~1 µm까지입니다.
- 이미지 분석: 매우 유연하지만 사용되는 배율 및 광학 장치에 따라 다릅니다.
"등가 구형 직경"
이미지 분석을 제외하고 대부분의 방법은 입자의 실제 모양을 "보지" 않습니다. 이들은 속성(산란광 또는 부피와 같은)을 측정하고 등가 구형 직경을 보고합니다.
이것은 동일한 신호를 생성할 완벽한 구의 직경입니다. 바늘이나 조각과 같은 비구형 입자의 경우, 이는 방법 간에 다른 결과를 초래할 수 있습니다. 이미지 분석은 이러한 모양 차이를 정량화하는 유일한 방법입니다.
샘플 상태: 건식 대 습식
샘플의 자연 상태도 선택에 영향을 미칩니다. 체 분석은 일반적으로 건조 분말에 대해 수행됩니다. DLS는 샘플이 액체에 현탁되어야 합니다. 레이저 회절 및 이미지 분석은 종종 건조 분말과 액체 현탁액을 모두 처리할 수 있는 액세서리를 가지고 있습니다.
목표에 맞는 올바른 방법 선택
정보에 입각한 결정을 내리려면 방법의 강점을 주요 분석 목표와 일치시키십시오.
- 주요 초점이 크고 입상 재료의 품질 관리인 경우: 체 분석이 가장 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 출발점입니다.
- 주요 초점이 넓은 크기 범위에 걸쳐 미세 분말 또는 에멀젼의 신속한 특성화인 경우: 정적 광산란(레이저 회절)은 속도, 범위 및 자동화의 최상의 조합을 제공합니다.
- 주요 초점이 액체 내 나노입자, 단백질 또는 콜로이드 작업인 경우: 동적 광산란은 서브마이크론 스케일에 대한 산업 표준입니다.
- 주요 초점이 입자 모양을 이해하거나 다른 방법의 결과를 시각적으로 확인하는 경우: 직접 이미지 분석은 다른 어떤 방법도 제공할 수 없는 귀중한 시각적 확인 및 모양 측정 기준을 제공합니다.
궁극적으로 각 방법의 원리를 이해하면 특정 문제에 대해 가장 정확하고 관련성 있는 데이터를 제공할 기술을 선택할 수 있습니다.
요약표:
| 방법 | 가장 적합한 대상 (크기 범위) | 주요 원리 | 샘플 상태 |
|---|---|---|---|
| 체 분석 | 거친 재료 (> 45 µm) | 메쉬 크기에 의한 물리적 분리 | 건조 분말 |
| 정적 광산란 (SLS/레이저 회절) | 넓은 범위 (10 nm - mm) | 광산란 각도 | 건조 분말 또는 액체 현탁액 |
| 동적 광산란 (DLS) | 나노입자 (1 nm - 1 µm) | 브라운 운동 속도 | 액체 현탁액 |
| 직접 이미지 분석 | 형상 분석 및 검증 | 현미경 및 디지털 이미징 | 설정에 따라 건식 또는 습식 |
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