레이저 회절은 수백 나노미터에서 수 밀리미터에 이르는 크기의 물질에 대해 널리 사용되고 있는 입자 크기 분석 기술입니다. 다음과 같은 장점이 있습니다.
- 넓은 동적 범위 - 1마이크론 미만에서부터 밀리미터까지의 크기 범위
- 신속한 측정 - 1분 내로 생성되는 결과물
- 반복성 - 매 측정 시 많은 수의 입자들을 시료로 채취
- 즉각적인 피드백 - 입자 분산 과정을 모니터링하고 제어
- 높은 시료 처리율 - 하루에 수백 번의 측정이 가능
- 교정 불필요 - 표준 참조 물질을 이용한 쉬운 검증
- ISO13320에 따라 정립된 기술(2020)
이러한 이유로 레이저 회절은 체 분석 등의 기존 입도 분석 기법보다 빠르고 간단하며 분해능이 더 뛰어나기 때문에 여러 산업 부문에서 표준 입도 분석 기법이 되었습니다.
레이저 회절의 원리
레이저 회절은 레이저 빔이 분산된 미립자 시료를 관통하면서 산란되는 광의 강도에 따른 각도 변화를 측정함으로써 입도 분포를 측정합니다.
입자가 클수록 레이저 빔을 기준으로 빛이 산란하는 각도가 상대적으로 작고, 입자가 작을수록 빛이 산란하는 각도가 커집니다. 그 다음, 각도별 산란 강도 데이터를 분석하여 입도를 계산하고 Mie 광산란 이론을 이용하여 산란 패턴을 생성할 수 있습니다.
입도는 부피 등가 구형의 직경으로 기록됩니다.
광학적 특성
레이저 회절은 부피 등가 구형 모델을 가정하고 Mie 광산란 이론을 이용하여 입도 분포를 계산합니다.
Mie 이론은 분산제의 굴절률과 함께 측정 중인 시료의 광학적 성질(굴절률과 허수부)을 알아야 합니다. 보통, 분산제의 광학적 특성은 공개된 자료에서 찾는 것이 상대적으로 용이하며, 많은 현대의 장비들은 일반 분산제를 포함해 기기내 데이터베이스를 갖고 있을 것입니다. 시료의 광학적 성질을 모르는 경우, 사용자는 시료에 대해 수집된 실제의 데이터와 모델링된 데이터 간의 적합도에 기초한 반복 접근법을 이용하여 광학적 성질을 측정하거나 추정할 수 있습니다.
단순화된 접근법은 시료의 광학적 성질을 알 필요가 없는 프라운호퍼 근사를 이용하는 것입니다. 이러한 방법은 큰 입자에 대해서는 정확한 결과를 제공할 수 있습니다. 그러나, 50µm 미만의 입자이거나 또는 입자가 상대적으로 투명한 시료를 측정할 때에는 각별한 주의가 필요합니다.
레이저 회절 기술의 응용 분야
레이저 회절 기술은 입도 분석의 다기능성, 정확성 및 효율성 덕분에 다양한 산업 분야의 광범위한 응용 분야에서 활용할 수 있습니다.
다음은 Mastersizer, Spraytec 및 Insitec과 같은 제품을 포함한 레이저 회절이 중요한 역할을 하는 몇 가지 주요 영역입니다.
제약 산업
제약 산업에서 Mastersizer와 같은 레이저 회절 분석기는 약물 입자, 부형제 및 제형의 특성 분석에 사용됩니다.
입도 분포를 정밀하게 제어하여 제약 제품의 균일성과 안정성을 보장합니다.
또한 흡입 약물 전달 시스템의 분무 입자 크기 분석에 Spraytec과 같은 기기를 사용하여 에어로졸 성능 및 약물 전달 효율을 최적화합니다.
화학 산업
레이저 회절 기술은 고분자, 안료 및 촉매를 포함한 다양한 미립자 물질의 분석에 활용됩니다.
Mastersizer와 같은 기기는 입도 분포 및 표면적에 대한 귀중한 통찰력을 제공하여 품질 관리 및 공정 최적화를 촉진합니다.
또한 Insitec 분석기 제품군은 화학 제품 제조 공정에서 실시간 입도 모니터링을 제공하여 제품 일관성을 보장하고 낭비를 최소화합니다.
식음료 산업
식음료 산업에서 레이저 회절 분석기는 성분, 첨가제 및 분말 분석에 중요한 역할을 합니다.
Mastersizer 시리즈는 밀가루, 설탕 및 향신료와 같은 식품 성분의 입도 분포를 평가하여 식품의 원하는 질감을 보장하는 데 사용됩니다.
마찬가지로, Spraytec 분석기는 에멀젼 및 현탁액의 입도 분포를 특성화하여 제품 안정성과 유통 기한을 최적화하는 데 사용됩니다.
환경 모니터링
Mastersizer 및 Insitec과 같은 기기는 미립자 오염 물질, 에어로졸 및 침전물 분석을 위한 환경 모니터링 응용 분야에 사용됩니다.
이러한 분석기는 대기 및 수질을 평가하고, 입자 역학을 연구하고, 오염물질이 생태계에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 데이터를 제공합니다.
Insitec 제품군과 같은 기기의 실시간 모니터링 기능을 통해 환경 오염 물질에 적시에 개입하고 이를 관리할 수 있습니다.
연구 및 개발
다양한 연구 분야에서 Mastersizer, Spraytec 및 Insitec과 같은 레이저 회절 분석기는 입도 분포, 형태 및 응집 성질을 연구하는 데 유용한 도구로 사용됩니다.
이러한 기기는 재료 과학, 나노 기술 및 콜로이드 화학과 같은 분야에서 기초 연구를 촉진하여 혁신과 발견을 이끌어냅니다.
이러한 기기의 유연성과 정확성은 연구자들이 새로운 응용 분야를 탐구하고 과학 지식의 지평선을 넓힐 수 있도록 합니다.
공정 제어 및 최적화
제조 및 산업 공정에서 레이저 회절 기술은 입도 매개 변수의 실시간 모니터링 및 제어에 사용됩니다. Insitec 제품군과 같은 기기는 지속적인 입도 분석을 제공하여 작업자는 공정 효율성을 최적화하고 제품 품질을 보장하고 폐기물 및 생산 비용을 최소화할 수 있습니다. Mastersizer 및 Spraytec 분석기는 오프라인 입도 측정을 위한 견고한 솔루션을 제공하여 다양한 산업 분야에서 공정 최적화를 지원합니다.
신속하고 신뢰할 수 있는 입도 분석을 제공함으로써 Mastersizer, Spraytec 및 Insitec과 같은 제품을 포함한 레이저 회절 기술은 다양한 산업에 혁명을 일으켜 제품 개발, 품질 보증 및 과학 연구의 발전을 가능하게 합니다.
