30nm 에서 100nm 사이 크기의 입자로 이루어진 Titania (AEROXIDE P25) 의 zeta potential 은 Fig.2 와 같으며 pH 2, 4, 5, 7, 9 그리고 10 에서의 Titania 분산물의 analytical centrifugation 결과는 Fig. 3 과 같다. pH 2 에서는 50mV 의 zeta potential 에서 예측할 수 있듯이 이 분산물질은 매우 stable 하며 개별 입자 크기에 따라 각기 다른 velocity 로 sedimentation 이 (polydisperse) 일어나고 있다는 것을 알 수 있다. 약 48mV 의 Zeta potential 을 가지는 pH 4 에서도 stable 한 분산 상태를 알 수 있으나 pH 2 에 비해서 profile 간 간격이 더 넓게 나타나는데 이는 비록 zeta potential 은 pH 2 와 비슷한 수준이나 입자들이 aggregation 되어 sedimentation 이 더 빨리 이루어지고 있다는 것을 알 수 있다. pH 5 에서는 zeta potential 이 30mV 로 줄어들게 되지만 여전히 높은 수치이다. 하지만 dispersion state 는 매우 불안하여 입자들의 flocculation 형성이 강하게 일어나고 시간이 지날수록 flocculation 이 심하게 compression 되는 것을 알 수 있다.

Isoelectric point 인 pH 7 에서는 더 크고 더 빨리 sedimentation 되는 flocculation 이 형성 되었으며 flocculation network 가 compression 되는 현상은 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. Charge 가 바뀌어지는 pH 9 와 10 에서는 flocculation network 가 compression 되는 현상이 다시 나타나고 특히 pH 10 에서는 flocculation 되지 않은 개별 입자들이 sedimentation 되고 있다는 것을 알 수 있다.

여기서는 전형적인 soft particle 의 예를 소개한다.
IEP 3 이고 입자 크기가 20nm 인 silica particle 을 직경 1.9nm, IEP 10.7 인 lysozyme 으로 coating 하였으며 coated particle 의 pH 에 따른 zeta potential 을 Fig. 4 에 나타내었다.
Plain silica 의 IEP 인 pH 3 이상에서 positively charged lysozyme 과의 상호작용에 의해 pH 6.5 에서 zeta potential 이 >20mV 로 최대가 된다. pH 4.23, 5.45, 8.68 그리고 10.23 에서의 zeta potential 은 각각 5, 15, -30 그리고 -40mV 가 되며 이때의 analytical centrifugation 결과를 Fig. 4 에 나타내었다.
Zeta potential 원리에 의하면 pH 4 에서는 낮은 stability, pH 7 로 가면서 stability 가 증가하고 pH 8.5 로 가면서는 다시 stability 가 감소하고 pH 9 이상에서는 high stability 를 보여야 한다. 그러나 analytical centrifugation 결과는 완전히 다른 내용을 말하고 있다. pH 4.23 에서는 transmission profile 의 변화가 거의 없으며 또한 transmission 이 매우 높은 값으로 나타나고 있는데 이는 20nm 의 coated silica 입자가 완전히 개별적으로 존재하고 aggregation 이 소량만 일어나고 있다는 것을 의미한다. 이는 비록 zeta potential 값이 매우 낮음에도 불구하고 dispersion 이 매우 stable 하게 존재한다는 것을 의미한다. pH 가 4.23 에서 5.45 로 되면서 zeta potential 이 증가하였음에도 불구하고 dispersion 내에서 flocculation 이 일어나 sedimentation 이 활발히 일어나고 있으며 결국은 dispersion 이 매우 불안정 하다는 것을 알 수 있다. 또한 pH 가 8.68 에서 zeta potential 이 약 -35mV 가 되었음에도 불구하고 zeta potential 이 약 15mV 인 pH 5.45 에서 보다 dispersion stability 가 훨씬 더 감소했다는 것을 알 수 있다.
pH 10.23 인 조건에서는 입자들 사이의 interaction 이 감소해 flocculation 형성이 줄어들어 다소 안정적인 분산 상태를 유지한다는 것을 알 수 있다.

Polyelectrolyte 로 coating 된 core-shell type silica/iron oxide magnetic nanoparticles 는 매우 복잡한 구조를 가지고 있다. Surface phosphate group 과 polyelectrolyte 를 가진 silicon dioxide 가 layer 를 형성하며 magnetic core 를 둘러 싸고 있다. 이러한 구조에 의해 전형적인 two-dimensional surface charge distribution 이 아닌 특이한 spatial fixed charge distribution 구조가 된다. Dispersion 에서 이러한 polyelectrolyte 들이 flocculation 을 형성하는 과정은 매우 복잡하다.

Negatively charged silica-iron oxide magnetic nano particle 을 positively charged polyethylene Imine (PEI) 으로 PEI / iron (%m/m) 으로 정량적으로 coating 하게 되면 particle 의 charge 가 변하고 zeta potential 도 Fig. 5 에 보여주듯이 undecorated particles (SO-Mag5) -38±2 mV 에서부터 SO-Nag6-5 약 40mV 까지 다양하게 변하게 된다. 이 경우 zeta potential 은 dispersion 에 영향을 미치지 않고 iron 당 PEI 농도가 10%, 12% 일 때 가장 적절한 dispersion 을 구할 수 있다.

PEI decoration 에 대한 dispersion 의 stability 를 Analytical centrifuge 를 이용하여 분석하였다 (Fig. 6)

PEI 를 첨가하지 않은 undecorated SO-Mag5 의 경우 (Fig. 6, 0번 graph) 변화가 거의 없을 정도로 매우 stable 한 dispersion 임을 알 수 있다. 1% 의 PEI 를 첨가한 경우 (Fig. 6, 1번 graph) net negative charge 가 다소 감소하였으나 dispersion 상태가 많이 변하였다. 즉 개별 입자들이 sedimentation 하다가 입자사이에 flocculation 이 형성되어 입자가 한꺼번에 떨어지는 형상을 보인다. 2% 의 PEI 를 첨가한 경우 (Fig. 6, 2번 graph) 개별 입자의 이동은 보이지 않고 거의 전부가 flocculation 되어 network 형식으로 sedimentation 되어 compression 되는 zone sedimentation 형상이 나타난다.

2% 의 PEI 를 첨가한 경우 (Fig. 6, 2번 graph) sedimentation pattern 이 다시 변하는데 특이하게도 두 가지 종류의 입자가 sedimentation 하는 bimodal separation 과 유사한 형태를 나타내고 있다. 즉 초기에는 다양한 크기의 입자들이 개별적으로 sedimentation 하는 형태를 보이다가 과정이 진행함에 따라 zeta potential 이 30mV 이상임에도 불구하고 개별입자들이 다시 상호작용하여 flocculation network 를 형성하여 모두 같이 떨어지는 zone sedimentation 모습을 보이고 있다. PEI-loading 양을 더욱 늘려 총 12% 까지 PEI 양을 증가시켜도 (Fig. 6, 12번 graph) zeta potential 은 일정하게 40mV 를 유지하는데 flocculation 은 일어나지 않고 전체적으로 polydisperse 형태를 나타내어 매우 안정한 dispersion 을 유지하고 있다.