KR100478733B1 - 쌍극입자의 쌍극자 크기 계측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기영동현상과 선형전기장을 이용하여 쌍극입자(dipolar particle)가 갖는 쌍극자(dipole moment)의 크기를 계측하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 선형전기장을 이용하여 입자의 제타전위(zeta potential) 또는 전하분포의 비균일성을 나타내는 대표적인 값인 쌍극자의 크기를 계측할 수 있는 것으로, 전기영동에서 비균일 전기장을 능동적으로 이용한 첫 번째 결과이다. 따라서, 선형전기장 이외의 비균일 전기장을 전기영동에 이용할 수 있는 계기가 되며, 미세입자가 갖는 제타전위 또는 전하분포의 비균일성을 계측함으로써 입자가 분산되어 있는 시스템의 효과적인 설계와 예측이 가능하다. 비균일 전기장을 전기영동에 이용할 수 있다는 것을 보임으로써, 비균일 전기장을 이용하여 쌍극자 뿐만 아니라 사중극자(quadrupole moment) 등 다중극자들(multipole moments)을 계측할 수 있는 다양한 전기영동장치를 개발할 수 있는 계기가 마련되었다.

Description

쌍극입자의 쌍극자 크기 계측 방법{METHOD FOR MEASURING DIPOLE MOMENT SIZE OF DIPOLAR PARTICLE}

본 발명은 쌍극입자(dipolar particle)의 쌍극자(dipole moment) 크기 계측 방법에 관한 것으로, 특히, 전기영동현상과 선형전기장을 이용하여 쌍극입자가 갖는 쌍극자의 크기를 계측하는 방법에 관한 것이다.

쌍극입자란 입자의 제타전위(zeta potential) 또는 전하분포의 쌍극자만을 갖는 미세입자이다. 현재 전기영동은 균일한 전기장만을 이용하고 있으며, 제타전위의 평균값 또는 전체 전하량(net charge)을 계측하는데 이용되고 있다.

전기영동은 전해질용액에 분산되어 있는 미세입자들이 전기장의 영향으로 움직이는 현상이다. 균일한 전기장 내에서 전기영동에 의한 입자의 병진운동 속도 U 를 측정하여 아래의 수학식 1에 의하여 입자의 평균제타전위 를 계측할 수 있다.

여기서 과 는 각각 전해질 용액의 전기유전율 및 점도이고, H 는 헨리(Henry) 함수, 은 드바이거리(Debye length), 는 입자의 반지름이다. 균일한 전기장에서 쌍극자의 크기를 계측하기 위해서는 입자의 회전속도를 측정하는 방법이 있다. 그러나, 대부분의 경우 미세 입자의 회전운동속도를 측정하는 것은 쉽지않다.

현재까지의 기술로는 제타전위의 비균일성을 쉽게 계측할 수 없었기 때문에, 평균값만을 이용하여 미세입자가 분산된 시스템의 안정성 등을 예측하여왔다.

상기한 바에 의하여 안출된 본 발명은, 쌍극입자의 전기영동에 선형전기장을 이용하여 입자의 병진운동 속력을 측정함으로써 입자가 갖는 제타전위 또는 전하분포의 쌍극자 크기를 계측하는 쌍극입자의 쌍극자 크기 계측 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 현탁액(suspension)이 포함된 두 평판 사이에 기 설정 개수의 전극이 일정 간격으로 교대로 배열된 구조를 갖는 시스템에서의 쌍극자 크기를 계측하는 방법으로서, 전극에 전압을 공급하여 전기장을 형성하는 단계와, 전기장 내에서 쌍극입자의 병진운동 속력을 측정하는 단계와, 측정된 병진운동 속력을 이용하여 제타전위의 쌍극자 크기(η)를 계측하되, 제타전위의 쌍극자 크기 계측은 수학식 에 의해 구현되는 단계와, 측정된 병진운동 속력 및 계측된 제타전위의 쌍극자 크기를 이용하여 입자전하의 쌍극자 크기를 계측하되, 입자전하의 쌍극자 크기는 수학식 에 의해 구현되는 단계를 포함하는 쌍극입자의 쌍극자 크기 계측 방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 쌍극입자의 쌍극자 크기 계측 방법에 필요한 선형전기장을 발생시키는 전극의 배치도로, 특정 간격을 유지하는 두 평판(2)사이에 전극(1)이 교대로 배열된다.

동 도면에 있어서, 두 평판(2)사이에 2V 볼트(volt)의 직류 전원이 연결된 전극(1)을 교대로 배열하되, 두 평판(2)사이에는 쌍극입자의 현탁액이 들어있다. 상기 전극(1)에 의해서 발생되는 전기장은 전극(1)의 중심부근에서 도 2와 같은 전위분포(electrical potential)를 만든다. 도 2와 같은 전위분포에서 쌍극입자의 운동을 살펴보면, 쌍극자의 방향이 정렬한 후에는 도 3과 같이 일정한 직선운동을 한다. 도 1에서와 같이 전극(1)간 거리(3)가 2L 이고 전극(1)에 2V 볼트의 직류 전압이 걸려있을 때, 입자의 속력 U 는 다음과 같은 수학식 2와 같이 유도된다.

이고,

이고,

이다.

수학식 2에서 는 제타전위의 쌍극자 크기이다. 따라서, 입자의 속력 U 를 측정하면, 수학식 2에 의해서 쌍극자 크기 를 계측할 수 있다. 또한, 입자 전하의 쌍극자 크기 는 다음과 같은 수학식 3으로부터 구할 수 있다.

수학식 3에서 은 입자의 전기유전률이다. 따라서 선형전기장 내에서 쌍극입자의 병진운동 속력을 측정함으로써 쌍극자의 크기를 계측할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 선형전기장을 이용하여 입자의 제타전위 또는 전하분포의 비균일성을 나타내는 대표적인 값인 쌍극자의 크기를 계측할 수 있는 것으로, 전기영동에서 비균일 전기장을 능동적으로 이용한 첫 번째 결과이다. 따라서, 선형전기장 이외의 비균일 전기장을 전기영동에 이용할 수 있는 계기가 되며, 미세입자가 갖는 제타전위 또는 전하분포의 비균일성을 계측함으로써 입자가 분산되어 있는 시스템의 효과적인 설계와 예측이 가능하다. 비균일 전기장을 전기영동에 이용할 수 있다는 것을 보임으로써, 비균일 전기장을 이용하여 쌍극자 뿐만 아니라 사중극자(quadrupole moment) 등 다중극자들(multipole moments)을 계측할 수 있는 다양한 전기영동장치를 개발할 수 있는 계기가 마련되었다.

도 1은 본 발명에 따른 쌍극입자의 쌍극자 크기 계측 방법에 필요한 선형전기장을 발생시키는 전극의 배치도,

도 2는 도 1에서 발생되는 전하분포를 중심부분에서 나타낸 도면,

도 3은 입자의 초기 위치에 따른 궤적들을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 전극 2 : 평판

3 : 전극간 거리

Claims (1)

1. 현탁액이 포함된 두 평판 사이에 기 설정 개수의 전극이 일정 간격으로 교대로 배열된 구조를 갖는 시스템에서의 쌍극자 크기를 계측하는 방법으로서,

   상기 전극에 전압을 공급하여 전기장을 형성하는 단계와,

   상기 전기장 내에서 쌍극입자의 병진운동 속력을 측정하는 단계와,

   상기 측정된 병진운동 속력을 이용하여 제타전위의 쌍극자 크기(η)를 계측하되, 상기 제타전위의 쌍극자 크기 계측은 수학식 에 의해 구현되는 단계와,

   상기 측정된 병진운동 속력 및 상기 계측된 제타전위의 쌍극자 크기를 이용하여 입자전하의 쌍극자 크기를 계측하되, 상기 입자전하의 쌍극자 크기는 수학식 에 의해 구현되는 단계

   를 포함하는 쌍극입자의 쌍극자 크기 계측 방법.