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.
