NTA vs DLS 입도 분석 원리의 차이점

NTA vs DLS 입도 분석 원리

Nano particle Tracking Analysis vs Dynamic Light Scattering

 

NTA(나노 입자 추적 분석법)와 DLS(동적 광산란법) 원리에 대해 문의하시는 분들이 많아 이번 포스팅에서는 NTA 분석법과 DLS 분석법 중 입도(입자 크기의 분포도) 분석에 대한 차이에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

<Zetaview ®>

 NTA 분석기는 세계적으로 두 회사의 제품이 출시되고 있으며, 그 중 한 제품이 ParticleMetrix사의 Zetaview® 입니다. 

<NANO-flex ® II >

그에 비해 DLS 분석기는 여러 회사에서 생산, 판매되고 있으며 ColloidMetrix사의 NANO-flex®II 도 그 중 하나입니다.

 

NTA, Nano particle Tracking Analysis(나노 입자 추적 분석)는 NPTA로도 불리우며, Bleaching 현상을 최소화하여 형광(Fluorescence) 분석력이 뛰어난 Zetaview® 는 F-NTA로도 명칭합니다.

 

NTA의 기본 원리는 레이저를 샘플에 조사할 때 발생하는 빛의 강도(Intensity)에 맞추어 카메라를 설정하면 나노 입자를 카메라로 촬영할 수 있게 되어, 명칭 그대로 나노 입자가 용매의 분자 운동에 의해 움직이는 브라운 운동(Brownian Motion)을 추적하여 Stoke-Einstein Equation에 의해 입자의 크기를 계산하고, Sensitive CMOS(sCMOS) camera에 의해 측정되는 입자의 개수를 Sample Cell내 분석 부분의 부피로 환산하여 Particle Numbers/mL이 계산됩니다.

 

DLS의 원리는 보다 상세하게 나누면 PCS, FFT원리로 분류할 수 있는데, FFT(Fast Fourier Transformation)원리를 사용하는NANO-flex®II 이외의 일반적인 DLS 분석기는 PCS(Photon Correlation Spectroscopy)원리를 사용하며, 나노 입자가 브라운 운동을 할 때 레이저를 조사할 경우 입자는 산란광을 발하게 되고 이 산란광의 강도를 이용하여 Stoke-Einstein Equation에 접목시켜 확산 계수를 통해 입자의 크기가 계산됩니다.

 

공통점은 Stoke-Einstein 공식을 이용하는 것이지만, NTA 분석기는 입자가 움직이는 궤적을 추적 분석하여 확산 계수(Diffusion Coefficient, D)를 결정하여 입자 크기 결과를 도출하는 반면, DLS 분석기는 시간에 따른 산란광의 강도에 의해 확산 계수를 결정합니다.

 

카메라로 입자를 직접 촬영하여 분석하는 NTA, 산란광의 강도(Intensity)를 통해 입도를 분석하는 DLS로 이해할 수 있습니다.

 

이렇게 분석 원리 자체가 다름에 따라, NTA의 입도 분석 결과는 Number%를, DLS의 입도 분석 결과는 Intensity%를 신뢰할 수 있다고 말씀드릴 수 있습니다.

 

그림 1. NTA 와 DLS 원리에 의한 분석에 적절한 샘플 농도의 차이

 

그림 1.과 같이 분석에 적절한 샘플 농도에도 차이가 있습니다.

NTA는 1x10⁸ particles / mL 정도가 최적 농도이지만, DLS는 1x10¹² particles / mL 정도가 분석에 적절한 농도입니다.

특히 PCS원리를 사용하는 일반적인 DLS 분석기는 샘플 농도에 따라 분석 결과의 차이가 심합니다.

게다가, NTA분석기와 DLS분석기는 분석 원리 자체가 달라 Number, Intensity를 기준으로 측정되므로 DLS분석기의 PSD, PDI 데이터를 NTA분석기와 비교하기는 어렵습니다.

사용할 수 있는 용매의 차이도 있어, NTA분석기는 Water, Alcohol계열만 용매로 사용할 수 있으며, DLS분석기는 유기 용매도 사용이 가능합니다.

다만, 정확한 분석을 위해서는 DI Water를 사용하시는 것이 가장 좋습니다.

 

 

결론적으로, 입도만 분석할 것인지, 입도와 제타 전위를 모두 분석할지, 입자 개수(농도, Concentration)도 분석해야 하는지, 형광 입자 분석도 필요한지 혹은 등에 따라 NTA 분석기와 DLS분석기를 구분하여 사용하시면 하시는 연구에 보다 도움이 될 것입니다.