레이저 도플러 전기영동(LDE)을 이용하는 제타 전위
미립자 분산, 유화제 및 생체 분자의 제타 전위 특성 규명
간혹 '전하' 측정으로 생각되는 제타 전위 측정은 분산 시스템의 전하 안정성을 평가하고 안정적인 제품의 제제를 돕는데 사용됩니다. 제타 전위는 간단한 시스템의 표면 전하와 관련될 수 있지만 그와 마찬가지로 관련이 없을 수도 있습니다. 제타 전위는 표면 전하에 대한 반대 전하 표시일 수도 있습니다. 가장 중요한 교훈 중의 하나는 제타 전위는 전하 상호 작용을 제어하는 것이며 표면의 전하를 제어하는 것이 아니라는 점입니다
Schematic representation of zeta potential
제타 전위란 무엇인가?
수용성 시스템에 분산되어 있는 대부분의 입자는 1차적으로 표면 집단의 이온화를 통해 또는 하전된 종의 흡수를 통해 표면 전하를 획득할 것입니다. 이러한 표면 전하는 주변 이온의 분포를 수정해 벌크 용액과 다른 입자 주변의 층을 이루게 됩니다. 입자가 이동하면 예를 들어 브라운 운동 상태에서 이러한 층은 입자의 일부로서 이동합니다. 제타 전위는 벌크 용액을 지나쳐서 이동하는 경우에 이 층에서 해당 지점의 전하입니다. 일반적으로 이것을 계면이라고 합니다. 이 계면의 전하는 용액 속의 이온의 농도 및 유형에 대해 아주 민감할 것입니다
제타 전위는 입자간 상호 작용을 중재하는 중요한 힘들 중의 하나입니다. 동일한 전하 표시의 높은 제타 전위를 가진 입자들은 양극이든 음극이든 서로 반발할 것입니다. 전통적으로 높은 제타 전위는 양극 또는 음극의 의미로 높을 수 있습니다. 즉 <-30mV 및 >+30mV는 모두 높은 제타 전위로 생각될 것입니다. 충분히 크기가 작고 현탁액 속에 잔류할 수 있을 정도로 밀도가 낮은 분자 및 입자의 경우에는 높은 제타 전위가 안정성을 부여할 것입니다. 즉 용액이나 분산이 응집에 견딜 것입니다. 1850년대에 만들어져 현재 런던 과학박물관에 있는 Faraday 금 졸(sol)은 여전히 안정적인 분산 상태이며, 입자 응집은 높은 제타 전위로 인해 미세한 비율로 느려지고 있습니다
응용 부문
대표적인 응용 부문은 입자 분산의 제제에 속합니다. 제타 전위는 제제 시에 각 첨가제의 영향을 평가하는 데 사용될 수 있습니다. 첨가제는 놀라운 효과가 있으며, 분산제로 판매된 일부 물질은 특정 제제에서 제타 전위를 줄이는 것으로 알려져 왔습니다. 항상 제제의 효과 또는 제제 효과의 크기를 예측할 수 있는 것은 아닙니다. 제타 전위는 저장을 하는 동안 제품 변화에 미치는 영향, 예를 들어 가수 분해 또는 가스 유입을 평가해 보관 수명을 연장하는 데에도 사용될 수 있습니다.
제타 전위 측정의 원리
제타 전위는 분산 전반에 걸쳐 전기장을 적용해 측정합니다. 제타 전위가 있는 분산 내의 입자들은 제타 전위 크기에 비례한 속도로 반대 전하의 전극을 향해 이동할 것입니다.
최신 기술 도입의 이점
제타 전위 측정을 할 때 가장 큰 현실적인 문제들 중의 하나는 오염의 문제입니다. 시스템 중의 일부가 이전의 시료와 접촉했던 경우에는 환경의 작은 변화에도 아주 민감한 제타 전위가 영향을 받을 수 있습니다.
Zetasizer Nano 시리즈에 이용할 수 있는 일회용 capillary 셀은 일회용 큐벳 및 전극을 가진 유일한 셀이기 때문에 이런 문제를 완전히 제거할 것입니다.
Zetasizer Nano 시리즈는 입자 속도 측정을 위한 M3PALS라고 하는 2세대 PALS(Phase Analysis Light Scattering)를 이용합니다. 주파수 분석보다는 위상 분석을 이용하면 입자 이동의 변화에 대해 최대 1,000배까지 민감합니다. 이런 점은 특히 예를 들어 식염수 같은 높은 이온 농도 상태에서 또는 헥산 같은 낮은 유전 상수 분산제 속에서 시료를 측정할 때 중요합니다.
