현탁액
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1. 개요
현탁액은 고체 입자가 용해되지 않고 용매 전체에 걸쳐 부유하여 불균일 혼합물을 이루는 물질이다. 현탁액은 입자 크기, 침전, 제타 전위, 불안정화 현상 등의 성질을 가지며, 다중 광 산란과 수직 주사 방식을 통해 물리적 안정성을 평가한다. 불안정화는 열적 방법, 원심분리, 진동 등의 가속화 방법을 통해 예측할 수 있다. 현탁액의 예시로는 진흙, 흙탕물, 밀가루를 갠 물 등이 있으며, 의약품에서도 활용된다.
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| 현탁액 | |
|---|---|
| 현탁액 | |
 | |
| 일반 정보 | |
| 종류 | 혼합물 |
| 상태 | 이질 혼합물 |
| 분산상 | 고체 입자 |
| 분산매 | 액체, 기체 또는 고체 |
| 입자 크기 | 1μm 이상 (일반적으로) |
| 성질 | 침전 가능 여과 가능 틴들 현상 |
| 예시 | 진흙탕 물 혈액 페인트 에어로졸 먼지 |
| 안정성 | |
| 안정화 방법 | 분산매의 점성 증가 입자 크기 감소 표면 전하 부여 계면활성제 사용 |
| 응용 | |
| 의약 | 약물 전달 시스템, 조영제 |
| 산업 | 페인트, 코팅, 세라믹, 식품 |
| 환경 | 폐수 처리, 토양 정화 |
2. 성질
현탁액은 고체 입자가 용매에 용해되지 않고 부유하여 매질 안에서 자유롭게 떠다니는 불균일 혼합물이다.[1] 내부상(고체)은 기계적 교반이나 특정 부형제, 현탁제를 사용하여 외부상(유체)에 분산된다.[1]
현탁액의 예로는 물 속의 모래를 들 수 있다. 콜로이드와 달리 현탁액의 입자는 현미경으로 볼 수 있으며, 시간이 지나면 가라앉는다.[2] 반면 용액은 용질과 용매가 균일하게 혼합되어 고체 입자가 존재하지 않는다.
액체 방울이나 미세한 고체 입자가 기체에 현탁된 것은 에어로졸이라고 한다. 대기 속 미립자는 미세 먼지, 그을음 입자, 바다 소금, 생물 기원 및 화산 기원 황산염, 질산염, 구름 방울 등으로 구성된다.
현탁액은 분산상 (고체)과 분산 매질 (고체, 액체, 기체)을 기준으로 분류된다. 현대 화학 공정 산업에서는 고전단 혼합 기술을 사용하여 다양한 현탁액을 만들고 있다.
2. 1. 입자 크기 및 침전
현탁액은 고체 입자가 용해되지 않고 용매 전체에 걸쳐 부유하여 매질 안에서 자유롭게 떠다니는 불균일 혼합물이다.[1] 현탁된 입자는 현미경으로 볼 수 있으며, 그대로 두면 시간이 지남에 따라 가라앉는다. 이는 콜로이드와 현탁액을 구별하는 특징이며, 콜로이드 입자는 더 작고 가라앉지 않는다.[2]2. 2. 제타 전위
다중 광 산란과 수직 주사 방식을 결합한 기술은 제품의 분산 상태를 모니터링하는 데 가장 널리 사용되는 기술이며, 따라서 불안정화 현상을 식별하고 정량화한다.[6][7][8][9] 이 기술은 희석 없이 농축된 분산액에 적용할 수 있다. 빛이 샘플을 통과할 때 입자에 의해 후방 산란된다. 후방 산란 강도는 분산상의 크기와 부피 분율에 정비례한다. 따라서 농도의 국소적 변화(침강)와 크기의 전반적인 변화(플록 형성, 입자 응집)가 감지되고 모니터링된다. 입자 현탁액의 안정성 분석에서 가장 중요한 것은 현탁된 고체가 나타내는 제타 전위 값이다. 이 매개변수는 입자 간의 정전기적 반발력의 크기를 나타내며, 흡착물질의 사용과 pH 조절이 입자 반발력 및 현탁액의 안정화 또는 불안정화에 어떤 영향을 미치는지 결정하기 위해 일반적으로 분석된다.2. 3. 불안정화 현상
현탁액은 열역학적 관점에서 불안정하지만, 더 오랜 기간 동안 운동학적으로 안정될 수 있으며, 이는 현탁액의 유통 기한을 결정한다.[3] 이 시간 간격은 소비자에게 정확한 정보를 제공하고 최상의 제품 품질을 보장하기 위해 측정해야 한다.분산 안정성은 분산이 시간에 따라 특성의 변화에 저항하는 능력을 의미한다.[3]
불안정화의 동역학적 과정은 상당히 오래 걸릴 수 있으며(일부 제품의 경우 몇 달 또는 몇 년까지), 새로운 제품 설계를 위한 합리적인 개발 시간을 달성하기 위해 제형 설계자가 추가적인 가속 방법을 사용하는 경우가 많다. 열적 방법이 가장 일반적으로 사용되며, 상 및 분해의 임계 온도 이하에서 온도를 높여 불안정화를 가속화한다. 온도는 점도뿐만 아니라 비이온 계면활성제의 경우 계면 장력, 또는 더 일반적으로 시스템 내부의 상호 작용력에도 영향을 미친다. 분산을 고온에서 보관하면 제품의 실제 조건(예: 여름철 자동차 안의 자외선 차단 크림 튜브)을 시뮬레이션할 수 있을 뿐만 아니라, 진동, 원심분리 및 교반을 포함하여 불안정화 과정을 최대 200배까지 가속화할 수 있다. 이러한 방법들은 입자/필름 배수를 유발하는 다양한 힘을 제품에 가한다. 그러나 일부 에멀젼은 정상적인 중력에서는 합체되지 않지만 인공 중력에서는 합체된다.[10] 또한 원심분리 및 진동을 사용할 때 서로 다른 입자 집단의 분리가 강조되었다.[11]
3. 물리적 안정성 평가
다중 광 산란과 수직 주사 방식을 결합한 기술은 제품의 분산 상태를 모니터링하는 데 가장 널리 사용되는 기술이며, 불안정화 현상을 식별하고 정량화하는 데 사용된다.[6][7][8][9] 이 기술은 희석 없이 농축된 분산액에 적용할 수 있다. 빛이 샘플을 통과할 때 입자에 의해 후방 산란되며, 후방 산란 강도는 분산상의 크기와 부피 분율에 정비례한다. 따라서 농도의 국소적 변화(침강)와 크기의 전반적인 변화(플록 형성, 입자 응집)가 감지되고 모니터링된다.
입자 현탁액의 안정성 분석에서 가장 중요한 것은 현탁된 고체가 나타내는 제타 전위 값이다. 이 매개변수는 입자 간의 정전기적 반발력의 크기를 나타내며, 흡착물질의 사용과 pH 조절이 입자 반발력 및 현탁액의 안정화 또는 불안정화에 어떤 영향을 미치는지 결정하기 위해 일반적으로 분석된다.
3. 1. 다중 광 산란
다중 광 산란과 수직 주사 방식을 결합한 기술은 제품의 분산 상태를 모니터링하는 데 가장 널리 사용되는 기술이며, 따라서 불안정화 현상을 식별하고 정량화한다.[6][7][8][9] 이 기술은 희석 없이 농축된 분산액에 적용할 수 있다. 빛이 샘플을 통과할 때 입자에 의해 후방 산란된다. 후방 산란 강도는 분산상의 크기와 부피 분율에 정비례한다. 따라서 농도의 국소적 변화(침강)와 크기의 전반적인 변화(플록 형성, 입자 응집)가 감지되고 모니터링된다. 입자 현탁액의 안정성 분석에서 가장 중요한 것은 현탁된 고체가 나타내는 제타 전위 값이다. 이 매개변수는 입자 간의 정전기적 반발력의 크기를 나타내며, 흡착물질의 사용과 pH 조절이 입자 반발력 및 현탁액의 안정화 또는 불안정화에 어떤 영향을 미치는지 결정하기 위해 일반적으로 분석된다.3. 2. 안정성 예측 가속화
현탁액의 불안정화는 동역학적 과정이 매우 오래 걸릴 수 있다. (일부 제품의 경우 몇 달 또는 몇 년까지) 따라서 새로운 제품 설계를 위한 합리적인 개발 시간을 달성하기 위해 제형 설계자가 추가적인 가속 방법을 사용하는 경우가 많다.3. 2. 1. 열적 방법
열적 방법은 상 및 분해의 임계 온도 이하에서 온도를 높여 불안정화를 가속하는 것으로, 가장 일반적으로 사용된다. 온도는 점도뿐만 아니라 비이온 계면활성제의 경우 계면 장력, 또는 더 일반적으로 시스템 내부의 상호 작용력에도 영향을 미친다. 분산을 고온에서 보관하면 제품의 실제 조건(예: 여름철 자동차 안의 자외선 차단 크림 튜브)을 시뮬레이션할 수 있을 뿐만 아니라, 진동, 원심분리 및 교반을 포함하여 불안정화 과정을 최대 200배까지 가속화할 수 있다.[10] 이러한 방법들은 입자/필름 배수를 유발하는 다양한 힘을 제품에 가한다. 그러나 일부 에멀젼은 정상적인 중력에서는 합체되지 않지만 인공 중력에서는 합체된다.[10] 또한 원심분리 및 진동을 사용할 때 서로 다른 입자 집단의 분리가 강조되었다.[11]3. 2. 2. 기타 방법
열적 방법이 가장 일반적으로 사용되며, 상 및 분해의 임계 온도 이하에서 온도를 높여 불안정화를 가속화한다. 온도는 점도뿐만 아니라 비이온 계면활성제의 경우 계면 장력, 또는 더 일반적으로 시스템 내부의 상호 작용력에도 영향을 미친다. 분산을 고온에서 보관하면 제품의 실제 조건(예: 여름철 자동차 안의 자외선 차단 크림 튜브)을 시뮬레이션할 수 있을 뿐만 아니라, 진동, 원심분리 및 교반을 포함하여 불안정화 과정을 최대 200배까지 가속화할 수 있다.[10] 이러한 방법들은 입자/필름 배수를 유발하는 다양한 힘을 제품에 가한다. 그러나 일부 에멀젼은 정상적인 중력에서는 합체되지 않지만 인공 중력에서는 합체된다.[10] 또한 원심분리 및 진동을 사용할 때 서로 다른 입자 집단의 분리가 강조되었다.[11]4. 예시
참조
[1]
서적
Chemistry: Matter and Its Changes
[2]
간행물
The Columbia Electronic Encyclopedia
[3]
서적
Food emulsions, principles, practices and techniques
https://books.google[...]
CRC Press
2005
[4]
서적
Compendium of Chemical Terminology: IUPAC Recommendations
Blackwell Science
[5]
논문
Terminology of polymers and polymerization processes in dispersed systems (IUPAC Recommendations 2011)
http://pac.iupac.org[...]
[6]
논문
International Journal of Pharmaceutics 263 (2003) 85-94
[7]
논문
Pharmaceutical Research, 20-8 (2003) 1284-1292
[8]
논문
Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 152 (1999) 111–123
[9]
서적
Particle sizing and characterization
[10]
서적
Pharmaceutical emulsions and suspensions
https://books.google[...]
[11]
논문
Langmuir, 24 (2008) 13338-13347
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