레이저회절 입도분석 (Particle Size Analysis by Laser Diffraction)
쉽게 풀면
작은 돌멩이와 큰 바위에 손전등을 비추면 그림자가 퍼지는 정도가 다르게 나타나는 것처럼, 입자의 크기에 따라 빛이 휘어지는 정도(회절 각도)가 달라집니다. 레이저회절 입도분석은 이 원리를 이용해, 레이저 빛을 입자들이 섞인 분말이나 액체에 통과시킨 뒤 사방으로 흩어지는 빛의 패턴을 센서로 읽어냅니다. 큰 입자는 좁은 각도로, 작은 입자는 넓은 각도로 빛을 회절시키기 때문에, 이 패턴을 계산하면 수많은 입자들의 크기가 어떻게 분포하는지 한 번에 알아낼 수 있습니다.
왜 중요한가
분체 원료, 세라믹 분말, 시멘트, 제약 원료 등 입자로 이루어진 재료의 품질은 입자 크기와 그 분포에 크게 좌우됩니다. 입자 크기는 소결성, 유동성, 반응성, 균일성 등 공정 전반에 영향을 미치기 때문에, 원료 검수나 공정 관리에서 가장 자주 확인되는 물성 중 하나입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
분쇄 공정이 진행됨에 따라 입자가 얼마나 작아지는지를 레이저회절 장비로 추적했다는 뜻입니다.
전체 입자 중 절반이 특정 크기 이하인 기준값(D50)의 변화를 통해 분쇄 공정의 효과를 정량적으로 보여준 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
측정 데이터는 입자 부피를 기준으로 한 크기 분포 곡선으로 나타나며, D10, D50, D90처럼 누적 부피 비율에 해당하는 대표 입경 값으로 요약해 보고하는 경우가 많습니다. 계산 모델로는 큰 입자에 적합한 프라운호퍼 이론과, 작은 입자와 광학 특성까지 고려하는 미(Mie) 산란 이론이 사용됩니다. 프라운호퍼 이론은 입자가 빛의 파장보다 충분히 커서 입자의 굴절률을 몰라도 적용할 수 있지만, 입자가 매우 작아지면(대략 마이크로미터 이하) 빛이 입자를 투과하고 굴절하는 효과까지 고려하는 미(Mie) 산란 이론을 적용해야 정확한 크기 분포를 얻을 수 있습니다.
주의할 점
레이저회절법은 입자가 완전한 구형이라고 가정하고 결과를 계산하므로, 막대형이나 판형처럼 형태가 불규칙한 입자에서는 실제 크기와 차이가 발생할 수 있습니다. 레이저회절로 얻은 입경 분포는 부피를 기준으로 한 값이어서, 개수를 기준으로 한 분포나 현미경으로 직접 관찰한 개수 기준 크기와는 같은 시료라도 대표값이 다르게 나타날 수 있습니다.