คอลลอยด์คือสารผสมที่ประกอบด้วยสารหนึ่งซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำที่^{กระจายตัวในระดับจุลภาค แขวนลอยอยู่ทั่วสารอีกชนิดหนึ่ง คำจำกัดความบางอย่างระบุว่าอนุภาคต้องกระจายตัวอยู่ในของเหลว [} 1 ]ในขณะที่คำ^{จำกัดความอื่น}ๆ ขยายขอบเขตไปรวมถึงสารต่างๆ เช่นแอโรโซลและเจลคำว่าสารแขวนลอยคอลลอยด์หมายถึงสารผสมโดยรวมอย่างชัดเจน (แม้ว่าความหมายที่แคบกว่าของคำว่าสารแขวนลอยจะแตกต่างจากคอลลอยด์โดยขนาดอนุภาคที่ใหญ่กว่า) คอลลอยด์มีเฟสที่กระจายตัว (อนุภาคที่แขวนลอย) และเฟสต่อเนื่อง (ตัวกลางของสารแขวนลอย)

คอลลอยด์บางชนิดโปร่งแสงเนื่องจากปรากฏการณ์ทินดอลล์ซึ่งเป็นการกระเจิงของแสงโดยอนุภาคในคอลลอยด์ ส่วนคอลลอยด์อื่นๆ อาจทึบแสงหรือมีสีจางๆ

สารแขวนลอยคอลลอยด์เป็นหัวข้อของวิทยาศาสตร์พื้นผิวและคอลลอยด์สาขาวิชานี้เริ่มต้นในปี พ.ศ. 2488 โดยFrancesco Selmi [ ^{2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}ซึ่งเรียกสารแขวนลอยเหล่านี้ว่าสารละลายเทียม และต่อมาได้รับการขยายความโดยMichael Faraday ^{[ 6 ] [ 7 ]}และThomas Grahamซึ่งบัญญัติศัพท์คำว่า^{คอลลอยด์}ในปี พ.ศ. 2404 ^{[ 8 ]}

เนื่องจากนิยามของคอลลอยด์นั้นคลุมเครือมากสหภาพเคมีบริสุทธิ์และประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) จึงได้กำหนดนิยามสมัยใหม่ของคอลลอยด์ขึ้น:

คำว่าคอลลอยด์หมายถึงสถานะของการแบ่งย่อย ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลหรืออนุภาคโพลีโมเลกุลที่กระจายตัวอยู่ในตัวกลางจะมีมิติอย่างน้อยหนึ่งทิศทางอยู่ระหว่าง 1 นาโนเมตรถึง 1 ไมโครเมตรโดยประมาณ หรือในระบบจะพบความไม่ต่อเนื่องที่ระยะทางในระดับนั้น ไม่จำเป็นที่ทั้งสามมิติจะต้องอยู่ในช่วงคอลลอยด์…และไม่จำเป็นที่หน่วยของระบบคอลลอยด์จะต้องแยกจากกัน…ขีดจำกัดขนาดที่ระบุไว้ข้างต้นไม่ตายตัว เนื่องจากจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่กำลังพิจารณาในระดับหนึ่ง^{[ 12 ]}

คำจำกัดความของ IUPAC นี้มีความสำคัญเป็นพิเศษเพราะเน้นถึงความยืดหยุ่นที่มีอยู่ในระบบคอลลอยด์ อย่างไรก็ตาม ความสับสนส่วนใหญ่เกี่ยวกับคอลลอยด์เกิดจากการทำให้ง่ายเกินไป IUPAC ชี้แจงให้ชัดเจนว่ามีข้อยกเว้น และไม่ควรมองว่าคำจำกัดความนี้เป็นกฎที่ตายตัว DH Everett นักวิทยาศาสตร์ผู้เขียนคำจำกัดความของ IUPAC เน้นย้ำว่าคอลลอยด์มักจะเข้าใจได้ดีกว่าผ่านตัวอย่างมากกว่าคำจำกัดความที่เข้มงวด^{[ 13 ]}

คอลลอยด์สามารถจำแนกได้ดังนี้:

		เฟสกระจาย
		แก๊ส	ของเหลว	แข็ง
ตัวกลาง กระจายตัว	แก๊ส	ไม่พบคอลลอยด์ชนิดดังกล่าว เป็นที่ทราบกันดีว่าฮีเลียมและซีนอนไม่สามารถผสมกันได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ[ 14 ] [ 15 ]	ละอองของเหลว ตัวอย่าง: หมอก , เมฆ , การควบแน่น , ละอองน้ำ , ไอน้ำ , สเปรย์ฉีดผม	สเปรย์แข็ง ตัวอย่าง: ควัน , เมฆน้ำแข็ง , ฝุ่นละอองในบรรยากาศ
	ของเหลว	โฟม ตัวอย่าง: วิปครีม , ครีมโกนหนวด	อิมัลชันหรือผลึกเหลว ตัวอย่าง: นม , มายonnaise , ครีมทามือ , น้ำยาง , เยื่อชีวภาพ , สารควบแน่นชีวโมเลกุลเหลว	โซล ตัวอย่าง: หมึกสี , ตะกอน , โคลน , ตะกอนตกค้าง , สารควบแน่นชีวโมเลกุลที่ เป็นของแข็ง
	แข็ง	โฟมแข็ง ตัวอย่าง: แอโรเจล , สบู่ลอยน้ำ , โฟมสไตรีน , หินภูเขาไฟ	เจล ตัวอย่าง: อะการ์ , เจลาติน , เยลลี่ , สารควบแน่นชีวโมเลกุลที่มีลักษณะคล้ายเจล	สารละลายของแข็ง ตัวอย่าง: แก้วแครนเบอร์รี่

สารผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีเฟสกระจายตัวอยู่ในช่วงขนาดนี้ อาจเรียกว่าละอองคอลลอยด์อิมัลชันคอลลอยด์ สารแขวนลอยคอลลอยด์โฟมคอลลอยด์สารกระจายตัวคอลลอยด์หรือไฮโดรซอล

• 
  ซิลิกาเจลคอลลอยด์ ที่มี ความขุ่นเล็กน้อย
• 
  เจลใส่ผมเล็กน้อย
• 
  ครีมเป็นอิมัลชันกึ่งแข็งที่ประกอบด้วยน้ำมันและน้ำ ครีมชนิดน้ำมันในน้ำใช้เพื่อความงาม ในขณะที่ครีมชนิดน้ำในน้ำมันใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์
• 
  ปรากฏการณ์ทินดอลล์ในโอปอล : มันกระจายแสงสีฟ้า ทำให้มองเห็นเป็นสีฟ้าจากด้านข้าง แต่แสงสีส้มจะส่องผ่านได้โอปอลเป็นเจลที่น้ำกระจายตัวอยู่ในผลึกซิลิกา
• 
  หมอก

ไฮโดรคอลลอยด์ หมายถึง สารเคมีบางชนิด(ส่วนใหญ่เป็นพอลิแซ็กคาไรด์และโปรตีน ) ที่สามารถกระจายตัวได้ในน้ำ ในรูปคอลลอยด์ จึงทำให้ "ละลาย" ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางรีโอโลยี ของน้ำ โดยการเพิ่มความหนืดและ/หรือทำให้เกิดการก่อตัวเป็นเจล นอกจากนี้ยังอาจมีปฏิกิริยากับสารเคมีอื่นๆ ในบางกรณีอาจเสริมฤทธิ์กัน ในบางกรณีอาจต้านฤทธิ์กัน ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ ไฮโดรคอลลอยด์จึงเป็นสารเคมีที่มีประโยชน์มากในหลายด้านของเทคโนโลยี ตั้งแต่อาหารยาผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล ไปจนถึงการใช้งานในอุตสาหกรรม สามารถช่วยในการรักษาเสถียรภาพ การทำให้ไม่เสถียร การแยกสาร การก่อตัวเป็นเจล การควบคุมการไหล การควบคุมการตกผลึก และผลกระทบอื่นๆ อีกมากมาย นอกเหนือจากการใช้งานในรูปแบบที่ละลายได้แล้ว ไฮโดรคอลลอยด์บางชนิดยังมีฟังก์ชันเพิ่มเติมในรูปแบบแห้ง หากหลังจากละลายแล้วนำน้ำออกไป เช่น ในการผลิตแผ่นฟิล์มปิดแผล ปลอกไส้กรอกเทียม และเส้นใยปิดแผล (บางชนิดเข้ากันได้กับผิวหนังมากกว่าชนิดอื่นๆ) มีไฮโดรคอลลอยด์หลายประเภท แต่ละประเภทมีโครงสร้าง ฟังก์ชัน และประโยชน์ใช้สอยที่แตกต่างกัน การเลือกสารไฮโดรคอลลอยด์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับพื้นที่ใช้งานเฉพาะนั้นอาจขึ้นอยู่กับการควบคุมคุณสมบัติทางรีโอโลยีและการปรับเปลี่ยนรูปร่างและเนื้อสัมผัสทางกายภาพ ไฮโดรคอลลอยด์บางชนิด เช่นแป้งข้าวโพดและเคซีน เป็นอาหารที่มีประโยชน์ รวมถึงเป็นสารปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางรีโอโลยีด้วย ในขณะที่บางชนิดมีคุณค่าทางโภชนาการจำกัด โดย ส่วนใหญ่มักเป็นแหล่งของใยอาหาร^{[ 16 ]}

คำว่าไฮโดรคอลลอยด์อาจหมายถึงวัสดุปิดแผลชนิดหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อกักเก็บความชุ่มชื้นในผิวหนังและช่วยกระบวนการสมานแผลตามธรรมชาติ ลดรอยแผลเป็น อาการคัน และอาการเจ็บปวด

ไฮโดรคอลลอยด์ประกอบด้วยสารก่อเจลบางชนิด เช่น โซเดียมคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (NaCMC) หรือเจลาติน โดยปกติจะผสมกับสารยึดเกาะบางชนิด เช่น โพลียูรีเทน เพื่อให้ยึดติดกับผิวหนังได้

คอลลอยด์มีเฟสกระจายและเฟสต่อเนื่อง ในขณะที่ในสารละลายตัว ถูกละลาย และตัวทำละลาย ประกอบกันเป็นเฟสเดียวเท่านั้น ตัว ถูกละลายในสารละลายเป็นโมเลกุลหรือไอออน แต่ละตัว ในขณะที่อนุภาคคอลลอยด์มีขนาดใหญ่กว่า ตัวอย่างเช่น ในสารละลายเกลือในน้ำ ผลึกโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ละลาย และไอออน Na ⁺และ Cl− ^ถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำ อย่างไรก็ตาม ในคอลลอยด์เช่นนม อนุภาคคอลลอยด์เป็นก้อนไขมัน ไม่ใช่โมเลกุลไขมันแต่ละตัว เนื่องจากคอลลอยด์มีหลายเฟส จึงมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมากเมื่อเทียบกับสารละลายต่อเนื่องที่ผสมอย่างสมบูรณ์^{[ 17 ]}

แรงต่อไปนี้มีบทบาทสำคัญในการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคคอลลอยด์: ^{[ 18 ] [ 19 ]}

• แรงผลักจากปริมาตรที่ถูกกีดกัน : หมายถึงความเป็นไปไม่ได้ที่อนุภาคแข็งจะทับซ้อนกัน ได้
• ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิต : อนุภาคคอลลอยด์มักมีประจุไฟฟ้าและจึงดึงดูดหรือผลักกัน ประจุของทั้งเฟสต่อเนื่องและเฟสกระจายตัว รวมถึงการเคลื่อนที่ของเฟสต่างๆ ล้วนเป็นปัจจัยที่มีผลต่อปฏิสัมพันธ์นี้
• แรงแวนเดอร์วาลส์ : แรงนี้เกิดจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลสองตัว ซึ่งอาจเป็นไดโพลถาวรหรือไดโพลเหนี่ยวนำ แม้ว่าอนุภาคจะไม่มีไดโพลถาวร แต่ความผันผวนของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะทำให้เกิดไดโพลชั่วคราวในอนุภาค ไดโพลชั่วคราวนี้จะเหนี่ยวนำให้เกิดไดโพลในอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียง จากนั้นไดโพลชั่วคราวและไดโพลเหนี่ยวนำจะดึงดูดซึ่งกันและกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ ซึ่งมีอยู่เสมอ (เว้นแต่ดัชนีหักเหของเฟสกระจายและเฟสต่อเนื่องจะตรงกัน) เป็นแรงระยะสั้น และเป็นแรงดึงดูด
• แรงสเตอริก : แรงผลักเชิงสเตอริกที่มักเกิดขึ้นเนื่องจากโพลิเมอร์ที่ดูดซับเคลือบผิวของคอลลอยด์
• แรงดึงดูดจากการลดลงของความเข้มข้น : แรงดึงดูดเชิงเอนโทรปีที่เกิดขึ้นจากความไม่สมดุลของความดันออสโมติก เมื่อคอลลอยด์แขวนลอยอยู่ในตัวกลางที่ประกอบด้วยอนุภาคหรือพอลิเมอร์ขนาดเล็กกว่ามาก ซึ่งเรียกว่าสารลดความเข้มข้น

แรงโน้มถ่วงของโลกส่งผลต่ออนุภาคคอลลอยด์ ดังนั้น หากอนุภาคคอลลอยด์มีความหนาแน่นมากกว่าตัวกลางแขวนลอย อนุภาคเหล่านั้นจะตกตะกอน (ตกลงสู่ด้านล่าง) หรือหากมีความหนาแน่นน้อยกว่า อนุภาคเหล่านั้นจะลอยขึ้นสู่ด้านบน อนุภาคขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะตกตะกอนมากกว่า เนื่องจากมีการเคลื่อนที่แบบบราวน์ น้อยกว่า ที่จะต้านทานการเคลื่อนที่นี้ได้

ความเร็วในการตกตะกอนหรือการแยกชั้นของน้ำนมหาได้จากการเทียบแรงต้านของสโตกส์กับแรงโน้มถ่วง :

${\displaystyle m_{A}g=6\pi \eta rv}$

ที่ไหน

${\displaystyle m_{A}g}$คือน้ำหนักอาร์คิมีดีสของอนุภาคคอลลอยด์

${\displaystyle \eta }$คือค่าความหนืดของตัวกลางแขวนลอย

${\displaystyle r}$คือรัศมีของอนุภาคคอลลอยด์

และนั่นคือความเร็วในการตกตะกอนหรือการแยกชั้นของนม ${\displaystyle v}$

สามารถหาค่ามวลของอนุภาคคอลลอยด์ได้โดยใช้สูตร:

${\displaystyle m_{A}=V(\rho _{1}-\rho _{2})}$

ที่ไหน

${\displaystyle V}$คือปริมาตรของอนุภาคคอลลอยด์ ซึ่งคำนวณโดยใช้ปริมาตรของทรงกลม${\displaystyle V={\frac {4}{3}}\pi r^{3}}$

และเป็นความแตกต่างของความหนาแน่นมวลระหว่างอนุภาคคอลลอยด์กับตัวกลางแขวนลอย ${\displaystyle \rho _{1}-\rho _{2}}$

เมื่อจัดเรียงใหม่ ความเร็วในการตกตะกอนหรือการแยกชั้นคือ:

${\displaystyle v={\frac {m_{A}g}{6\pi \eta r}}}$

มีขีดจำกัดสูงสุดสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคคอลลอยด์ เนื่องจากอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 1 μm มีแนวโน้มที่จะตกตะกอน ดังนั้นสารดังกล่าวจะไม่ถือว่าเป็นสารแขวนลอยคอลลอยด์อีกต่อไป^{[ 20 ]}

กล่าวได้ว่าอนุภาคคอลลอยด์อยู่ในภาวะสมดุลการตกตะกอนหากอัตราการตกตะกอนเท่ากับอัตราการเคลื่อนที่จากการเคลื่อนที่แบบบราวน์

มีวิธีการเตรียมคอลลอยด์หลักสองวิธี: ^{[ 21 ]}

• การกระจายตัวของอนุภาคขนาดใหญ่หรือหยดน้ำให้มีขนาดเท่ากับอนุภาคคอลลอยด์โดยการบดการพ่นหรือการใช้แรงเฉือน (เช่น การเขย่า การผสม หรือการผสมด้วยแรงเฉือนสูง )
• การควบแน่นของโมเลกุลขนาดเล็กที่ละลายอยู่ให้กลายเป็นอนุภาคคอลลอยด์ขนาดใหญ่ขึ้น โดยผ่านกระบวนการตกตะกอนการควบแน่นหรือ ปฏิกิริยา ออกซิเดชัน-รีดักชันกระบวนการเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการเตรียมคอลลอยด์ซิลิกาหรือทองคำ

ความเสถียรของระบบคอลลอยด์ถูกกำหนดโดยอนุภาคที่ยังคงแขวนลอยอยู่ในสารละลายและขึ้นอยู่กับแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาค ซึ่งรวมถึงปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิตและแรงแวนเดอร์วาลส์เนื่องจากทั้งสองอย่างมีส่วนช่วยต่อพลังงานอิสระ โดยรวม ของระบบ^{[ 22 ]}

คอลลอยด์จะมีเสถียรภาพก็ต่อเมื่อพลังงานปฏิสัมพันธ์เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างอนุภาคคอลลอยด์มีค่าน้อยกว่าkTโดยที่ k คือค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์และ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์หากเป็นเช่นนั้น อนุภาคคอลลอยด์จะผลักกันหรือดึงดูดกันเพียงเล็กน้อย และสารนั้นจะยังคงเป็นสารแขวนลอยอยู่

หากพลังงานปฏิสัมพันธ์มากกว่า kT แรงดึงดูดจะเหนือกว่า และอนุภาคคอลลอยด์จะเริ่มจับตัวกันเป็นก้อน กระบวนการนี้โดยทั่วไปเรียกว่าการรวมตัว (aggregation ) แต่ก็เรียกว่าการตกตะกอน (flocculation ) การจับตัวเป็นก้อน ( coagulation)หรือการตกตะกอน (precipitation)ได้ เช่นกัน ^{[ 23 ]}แม้ว่าคำเหล่านี้มักใช้แทนกันได้ แต่สำหรับคำจำกัดความบางอย่าง คำเหล่านี้มีความหมายแตกต่างกันเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น การจับตัวเป็นก้อน (coagulation) สามารถใช้เพื่ออธิบายการรวมตัวแบบถาวรที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งแรงที่ยึดอนุภาคเข้าด้วยกันนั้นแข็งแกร่งกว่าแรงภายนอกใดๆ ที่เกิดจากการกวนหรือการผสม การตกตะกอน (flocculation) สามารถใช้เพื่ออธิบายการรวมตัวแบบย้อนกลับได้ซึ่งเกี่ยวข้องกับแรงดึงดูดที่อ่อนกว่า และกลุ่มก้อนนั้นมักเรียกว่าฟล็อก (floc ) คำว่าการตกตะกอน (precipitation) โดยปกติจะสงวนไว้เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงเฟสจากการกระจายตัวของคอลลอยด์ไปเป็นของแข็ง (ตะกอน) เมื่อถูกรบกวน^{[ 20 ]}การรวมตัวทำให้เกิดการตกตะกอนหรือการแยกชั้น ดังนั้นคอลลอยด์จึงไม่เสถียร หากเกิดกระบวนการใดกระบวนการหนึ่งเหล่านี้ คอลลอยด์จะไม่เป็นสารแขวนลอยอีกต่อไป

การรักษาเสถียรภาพด้วยไฟฟ้าสถิตและการรักษาเสถียรภาพด้วยแรงทางกายภาพ เป็นกลไกหลักสองประการในการรักษาเสถียรภาพเพื่อป้องกันการรวมตัวกัน

• การทำให้เสถียรด้วยไฟฟ้าสถิตนั้นอาศัยการผลักกันของประจุไฟฟ้าที่เหมือนกัน ประจุของอนุภาคคอลลอยด์มีโครงสร้างเป็นชั้นไฟฟ้าคู่โดยที่อนุภาคมีประจุที่พื้นผิว แต่จะดึงดูดไอออนตรงข้าม (ไอออนที่มีประจุตรงข้าม) ซึ่งล้อมรอบอนุภาค การผลักกันทางไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคคอลลอยด์ที่แขวนลอยนั้นสามารถวัดปริมาณได้ง่ายที่สุดในแง่ของศักย์ซีตา ผลรวมของการดึงดูดของแวนเดอร์วาลส์และการผลักกันทางไฟฟ้าสถิตต่อการรวมกลุ่มนั้นอธิบายได้ ในเชิงปริมาณโดยทฤษฎี DLVO ^{[ 24 ]}วิธีทั่วไปในการทำให้คอลลอยด์เสถียร (เปลี่ยนจากตะกอน) คือpeptizationซึ่งเป็นกระบวนการที่เขย่ากับอิเล็กโทรไลต์
• การทำให้เสถียรด้วยสเตอริกประกอบด้วยการดูดซับชั้นของพอลิเมอร์หรือสารลดแรงตึงผิวบนอนุภาคเพื่อป้องกันไม่ให้อนุภาคเข้าใกล้กันในระยะของแรงดึงดูด^{[ 20 ]}พอลิเมอร์ประกอบด้วยโซ่ที่ยึดติดกับพื้นผิวของอนุภาค และส่วนของโซ่ที่ยื่นออกมาจะละลายได้ในตัวกลางแขวนลอย^{[ 25 ]}เทคนิคนี้ใช้เพื่อทำให้เสถียรอนุภาคคอลลอยด์ในตัวทำละลายทุกประเภท รวมถึงตัวทำละลายอินทรีย์^{[ 26 ]}

การผสมผสานกลไกทั้งสองเข้าด้วยกันก็เป็นไปได้เช่นกัน (การรักษาเสถียรภาพด้วยไฟฟ้าสถิต)

วิธีการที่เรียกว่าการทำให้เครือข่ายเจลมีเสถียรภาพถือเป็นวิธีหลักในการผลิตคอลลอยด์ที่มีเสถียรภาพทั้งต่อการรวมตัวและการตกตะกอน วิธีนี้ประกอบด้วยการเติมพอลิเมอร์ที่สามารถสร้างเครือข่ายเจลลงในสารแขวนลอยคอลลอยด์ การตกตะกอนของอนุภาคจะถูกขัดขวางโดยความแข็งของเมทริกซ์พอลิเมอร์ซึ่งอนุภาคจะถูกดักจับ^{[ 27 ]}และโซ่พอลิเมอร์ที่ยาวสามารถให้ความเสถียรแบบสเตอริกหรืออิเล็กโทรสเตอริกแก่อนุภาคที่กระจายตัว ตัวอย่างของสารดังกล่าวได้แก่แซนแทนและกัวร์กัม

การทำให้ระบบไม่เสถียรสามารถทำได้ด้วยวิธีการต่างๆ ดังนี้:

• การกำจัดสิ่งกีดขวางทางไฟฟ้าสถิตที่ป้องกันการรวมตัวของอนุภาค สามารถทำได้โดยการเติมเกลือลงในสารแขวนลอยเพื่อลดความยาวการกรองของเดบาย (ความกว้างของชั้นไฟฟ้าคู่) ของอนุภาค นอกจากนี้ยังสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนค่า pH ของสารแขวนลอยเพื่อทำให้ประจุบนพื้นผิวของอนุภาคในสารแขวนลอยเป็นกลางอย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 1 ]}ซึ่งจะขจัดแรงผลักที่ทำให้อนุภาคคอลลอยด์แยกออกจากกันและทำให้เกิดการรวมตัวเนื่องจากแรงแวนเดอร์วาลส์ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในค่า pH สามารถส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญต่อศักย์ซีตาเมื่อขนาดของศักย์ซีตาต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด โดยทั่วไปประมาณ ± 5mV การจับตัวเป็นก้อนหรือการรวมตัวอย่างรวดเร็วมักจะเกิดขึ้น^{[ 28 ]}
• การเติมสารตกตะกอนพอลิเมอร์ที่มีประจุ สารตกตะกอนพอลิเมอร์สามารถเชื่อมโยงอนุภาคคอลลอยด์แต่ละอนุภาคเข้าด้วยกันโดยอาศัยแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิต ตัวอย่างเช่น อนุภาคคอลลอยด์ซิลิกาหรือดินเหนียวที่มีประจุลบสามารถตกตะกอนได้โดยการเติมพอลิเมอร์ที่มีประจุบวก
• การเติมโพลิเมอร์ที่ไม่ถูกดูดซับ เรียกว่าสารลดแรงตึงผิวซึ่งทำให้เกิดการรวมตัวกันเนื่องจากผลกระทบทางเอนโทรปี

สารแขวนลอยคอลลอยด์ที่ไม่เสถียรที่มีปริมาตรเศษส่วนต่ำจะก่อตัวเป็นสารแขวนลอยของเหลวแบบเป็นกลุ่ม โดยกลุ่มอนุภาคแต่ละกลุ่มจะตกตะกอนหากมีความหนาแน่นมากกว่าตัวกลางของสารแขวนลอย หรือจะกลายเป็นครีมหากมีความหนาแน่นน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม สารแขวนลอยคอลลอยด์ที่มีปริมาตรเศษส่วนสูงจะก่อตัวเป็นเจลคอลลอยด์ที่มี คุณสมบัติ หนืดหยุ่นเจลคอลลอยด์หนืดหยุ่น เช่นเบนโทไนต์และยาสีฟันจะไหลเหมือนของเหลวภายใต้แรงเฉือน แต่จะรักษารูปทรงไว้เมื่อไม่มีแรงเฉือน ด้วยเหตุนี้ ยาสีฟันจึงสามารถบีบออกจากหลอดได้ แต่จะยังคงอยู่บนแปรงสีฟันหลังจากที่ใช้แล้ว

เทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการตรวจสอบสถานะการกระจายตัวของผลิตภัณฑ์ และเพื่อระบุและวัดปริมาณปรากฏการณ์ที่ไม่เสถียร คือการกระเจิงแสง หลายครั้ง ควบคู่กับการสแกนแนวตั้ง^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}วิธีนี้เรียกว่าturbidimetryซึ่งอาศัยการวัดสัดส่วนของแสงที่หลังจากส่งผ่านตัวอย่างแล้ว จะกระเจิงกลับโดยอนุภาคคอลลอยด์ ความเข้มของการกระเจิงกลับเป็นสัดส่วนโดยตรงกับขนาดอนุภาคเฉลี่ยและสัดส่วนปริมาตรของเฟสที่กระจายตัว ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นในท้องถิ่นที่เกิดจากการตกตะกอนหรือการแยกชั้น และการจับกลุ่มกันของอนุภาคที่เกิดจากการรวมตัวกัน จะถูกตรวจจับและตรวจสอบ^{[ 33 ]}ปรากฏการณ์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับคอลลอยด์ที่ไม่เสถียร

การกระเจิงแสงแบบไดนามิกสามารถใช้ตรวจจับขนาดของอนุภาคคอลลอยด์ได้โดยการวัดความเร็วในการแพร่กระจาย วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการฉายแสงเลเซอร์ไปยังคอลลอยด์ แสงที่กระเจิงจะสร้างรูปแบบการรบกวน และความผันผวนของความเข้มแสงในรูปแบบนี้เกิดจากการเคลื่อนที่แบบบราวน์ของอนุภาค หากขนาดที่ปรากฏของอนุภาคเพิ่มขึ้นเนื่องจากการรวมตัวกันเป็นกลุ่ม จะส่งผลให้การเคลื่อนที่แบบบราวน์ช้าลง เทคนิคนี้สามารถยืนยันได้ว่าเกิดการรวมตัวขึ้นหากขนาดที่ปรากฏของอนุภาคถูกกำหนดให้เกินช่วงขนาดทั่วไปของอนุภาคคอลลอยด์^{[ 22 ]}

กระบวนการเปลี่ยนแปลงสถานะทางเคมีของสารตั้งต้นอาจใช้เวลานาน (หลายเดือนหรือหลายปีสำหรับบางผลิตภัณฑ์) ดังนั้นจึงมักจำเป็นต้องใช้วิธีเร่งปฏิกิริยาเพิ่มเติม เพื่อให้นักพัฒนาสูตรสามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ได้ภายในระยะเวลาที่เหมาะสม วิธีการทางความร้อนเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด โดยประกอบด้วยการเพิ่มอุณหภูมิเพื่อเร่งการเปลี่ยนแปลงสถานะทางเคมี (ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตของการผกผันเฟสหรือการเสื่อมสภาพทางเคมี) อุณหภูมิไม่เพียงแต่ส่งผลต่อความหนืดเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อแรงตึงผิวในกรณีของสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ หรือโดยทั่วไปแล้วจะส่งผลต่อแรงปฏิกิริยาภายในระบบ การเก็บรักษาสารแขวนลอยไว้ที่อุณหภูมิสูงทำให้สามารถจำลองสภาวะในชีวิตจริงของผลิตภัณฑ์ได้ (เช่น หลอดครีมกันแดดในรถยนต์ในฤดูร้อน) แต่ยังช่วยเร่งกระบวนการเปลี่ยนแปลงสถานะทางเคมีให้เร็วขึ้นได้ถึง 200 เท่า บางครั้งมีการใช้การเร่งปฏิกิริยาเชิงกล เช่น การสั่นสะเทือน การเหวี่ยงและการกวน ซึ่งจะทำให้ผลิตภัณฑ์ได้รับแรงต่างๆ ที่ผลักอนุภาค/หยดน้ำมันเข้าหากัน จึงช่วยในการระบายฟิล์ม อิมัลชันบางชนิดจะไม่รวมตัวกันภายใต้แรงโน้มถ่วงปกติ แต่จะรวมตัวกันได้ภายใต้แรงโน้มถ่วงเทียม^{[ 34 ]}การแยกกลุ่มของอนุภาคต่าง ๆ ได้รับการเน้นย้ำเมื่อใช้การปั่นเหวี่ยงและการสั่นสะเทือน^{[ 35 ]}

ในฟิสิกส์คอลลอยด์เป็นระบบจำลองที่น่าสนใจสำหรับอะตอม [ ^{36 ]}อนุภาคคอลลอยด์ขนาดไมโครเมตรมีขนาดใหญ่พอที่จะสังเกตได้ด้วยเทคนิคทางแสง เช่นกล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟกัล แรงหลายอย่างที่ ^{ควบคุม}โครงสร้างและพฤติกรรมของสสาร เช่น ปฏิสัมพันธ์ของปริมาตรที่ถูกกีดกันหรือแรงไฟฟ้าสถิต ควบคุมโครงสร้างและพฤติกรรมของสารแขวนลอยคอลลอยด์ ตัวอย่างเช่น เทคนิคเดียวกันที่ใช้ในการจำลองก๊าซในอุดมคติสามารถนำมาใช้ในการจำลองพฤติกรรมของสารแขวนลอยคอลลอยด์ทรงกลมแข็งได้การเปลี่ยนเฟสในสารแขวนลอยคอลลอยด์สามารถศึกษาได้แบบเรียลไทม์โดยใช้เทคนิคทางแสง^{[ 37 ]}และคล้ายคลึงกับการเปลี่ยนเฟสในของเหลว ในหลายกรณีที่น่าสนใจ ความลื่นไหลทางแสงถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมสารแขวนลอยคอลลอยด์^{[ 37 ] [ 38 ]}

นอกจากนี้ คอลลอยด์ยังถูกใช้เป็นระบบจำลองสำหรับการศึกษาการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้วเนื่องจากสารแขวนลอยคอลลอยด์ที่มีความหนาแน่นสูงสามารถแสดงพลวัตแบบแก้วที่คล้ายกับของเหลวที่ก่อตัวเป็นแก้วได้การจำลองพลวัตระดับโมเลกุลของอนุภาคทรงรีแบบแอนไอโซโทรปิกที่โต้ตอบกันผ่านศักยภาพ Gay–Berneได้รายงานพฤติกรรมของเหลว-แก้วที่เกี่ยวข้องกับการทดลองเกี่ยวกับคอลลอยด์PMMA ทรงรี ^{[ 39 ] [ 40 ]}ซึ่งการเคลื่อนที่แบบหมุนจะหยุดลงในขณะที่การเคลื่อนที่แบบแปลยังคงเหมือนของเหลว

ผลึกคอลลอยด์คือ อาร์เรย์ของอนุภาค ที่มีระเบียบ สูง ซึ่งสามารถก่อตัวได้ในช่วงระยะทางที่ยาวมาก (โดยทั่วไปอยู่ในช่วงไม่กี่มิลลิเมตรถึงหนึ่งเซนติเมตร) และมีลักษณะคล้ายคลึงกับอะตอมหรือโมเลกุล^{[ 41 ]} ตัวอย่าง ธรรมชาติที่ดีที่สุดของปรากฏการณ์การเรียงตัวนี้สามารถพบได้ในโอปอล อันล้ำค่า ซึ่งบริเวณที่สว่างไสวของสีสเปกตรัม บริสุทธิ์ เกิดจาก โดเมน ที่อัดแน่นของ ทรงกลมคอลลอยด์ อสัณฐานของซิลิคอนไดออกไซด์ (หรือซิลิกา , SiO2 ₎ [ ^{42 ] [ 43 ] อนุภาค}ทรงกลมเหล่านี้ตกตะกอนใน แอ่ง ที่มีซิลิกา สูง ในออสเตรเลียและที่อื่นๆ และก่อตัวเป็นอาร์เรย์ที่มีระเบียบสูงเหล่านี้หลังจากหลายปีของการตกตะกอนและการอัดตัวภายใต้ แรงดัน ไฮโดรสแตติกและแรงโน้มถ่วง อาร์เรย์เป็นระยะของอนุภาคทรงกลมขนาดเล็กกว่าไมโครเมตรทำให้เกิดอาร์เรย์ของช่องว่างระหว่างอนุภาค ที่คล้ายกัน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตะแกรงเลี้ยวเบน ตามธรรมชาติ สำหรับคลื่นแสงที่มองเห็นได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อระยะห่างระหว่างอนุภาคมีขนาดใกล้เคียงกับคลื่นแสงที่ตกกระทบ^{[ 44 ] [ 45 ]}

ดังนั้น เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่า เนื่องมาจากแรงผลักของ คู ลอมบ์ โมเลกุล ขนาดใหญ่ ที่มีประจุไฟฟ้า ใน สภาพแวดล้อม ที่เป็นน้ำ สามารถแสดงความสัมพันธ์แบบ ผลึกในระยะไกลโดยระยะห่างระหว่างอนุภาคมักจะมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคแต่ละตัวอย่างมาก ในทุกกรณีเหล่านี้ในธรรมชาติความแวววาว ที่สวยงาม (หรือการเล่นสี) เดียวกันนั้นสามารถอธิบายได้ด้วยการเลี้ยวเบนและการแทรกสอดแบบเสริมกันของคลื่นแสงที่มองเห็นได้ซึ่งเป็นไปตามกฎของแบร็กในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการกระเจิงของรังสีเอกซ์ในของแข็งที่เป็นผลึก

การทดลองจำนวนมากที่สำรวจฟิสิกส์และเคมีของสิ่งที่เรียกว่า "ผลึกคอลลอยด์" เหล่านี้เกิดขึ้นจากวิธีการที่ค่อนข้างง่ายซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วง 20 ปีที่ผ่านมาสำหรับการเตรียมคอลลอยด์โมโนดิสเปอร์สสังเคราะห์ (ทั้งพอลิเมอร์และแร่ธาตุ) และผ่านกลไกต่างๆ การดำเนินการและการรักษาการก่อตัวของลำดับระยะยาว^{[ 46 ]}

การแยกเฟสคอลลอยด์เป็นหลักการจัดระเบียบที่สำคัญสำหรับการแบ่งส่วนของทั้งไซโตพลาซึมและนิวเคลียสของเซลล์ให้กลายเป็นสารควบแน่นชีวโมเลกุลซึ่งมีความสำคัญคล้ายกับการแบ่งส่วนผ่านเยื่อหุ้ม ลิปิดไบเลเยอร์ ซึ่งเป็น ผลึกเหลวชนิดหนึ่งคำว่าสารควบแน่นชีวโมเลกุลถูกใช้เพื่ออ้างถึงกลุ่มของโมเลกุลขนาด ใหญ่ที่เกิดขึ้นจาก การแยกเฟสของเหลว-ของเหลวหรือของเหลว-ของแข็งภายในเซลล์ความหนาแน่นของโมเลกุลขนาดใหญ่ช่วยเพิ่มการแยกเฟสคอลลอยด์และการก่อตัวของสารควบแน่นชีวโมเลกุล อย่างมาก สารละลายคอลลอยด์ยังถูกใช้เป็นเครื่องมือที่ช่วยให้การส่งโมเลกุลประเภทต่างๆ เช่น โพลิเมอร์หรือโปรตีน เข้าสู่เซลล์ได้อย่างรวดเร็ว ง่าย และปลอดภัย^{[ 47 ]}

อนุภาคคอลลอยด์ยังสามารถทำหน้าที่เป็นพาหะในการขนส่ง^{[ 48 ]} ของสารปนเปื้อนต่างๆ ในน้ำผิวดิน (น้ำทะเล ทะเลสาบ แม่น้ำ แหล่งน้ำจืด) และในน้ำใต้ดินที่ไหลเวียนอยู่ในหินที่มีรอยแตก^{[ 49 ]} (เช่นหินปูนหินทรายหินแกรนิต) สารกัมมันตรังสีและโลหะหนักสามารถดูดซับบนคอลลอยด์ที่แขวนลอยอยู่ในน้ำได้ง่าย คอลลอยด์หลายประเภทได้รับการยอมรับ ได้แก่ คอลลอยด์อนินทรีย์ (เช่นอนุภาคดินเหนียว ซิลิเกตเหล็กออกซีไฮดรอกไซด์ ) คอลลอยด์อินทรีย์ ( สาร ฮิวมิกและฟุลวิก ) เมื่อโลหะหนักหรือสารกัมมันตรังสีก่อตัวเป็นคอลลอยด์บริสุทธิ์ คำว่า " eigencolloid " ใช้เพื่อกำหนดเฟสบริสุทธิ์ เช่น Tc(OH) ₄ , U(OH) ₄หรือ Am(OH) ₃ บริสุทธิ์ คอลลอยด์ถูกสงสัยว่าเป็นตัวกลางในการขนส่งพลูโตเนียมในระยะไกลในพื้นที่ทดสอบนิวเคลียร์เนวาดาพวกมันเป็นหัวข้อของการศึกษาอย่างละเอียดมาหลายปีแล้ว อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่ของคอลลอยด์อนินทรีย์นั้นต่ำมากในเบนโทไนต์ ที่อัดแน่น และในชั้นดินเหนียวลึก^{[ 50 ]} เนื่องจากกระบวนการอัลตราฟิลเตรชันที่เกิดขึ้นในเยื่อดินเหนียวหนาแน่น^{[ 51 ]} คำถามนี้ไม่ชัดเจนนักสำหรับคอลลอยด์อินทรีย์ขนาดเล็กที่มักผสมอยู่ในน้ำในรูพรุนกับโมเลกุลอินทรีย์ที่ละลายอย่างแท้จริง^{[ 52 ]}

ในวิทยาศาสตร์ดินเศษส่วนคอลลอยด์ในดินประกอบด้วยอนุภาคดินเหนียวและฮิวมัส ขนาดเล็กที่มี เส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1 ไมโครเมตร และมี ประจุไฟฟ้าสถิตบวกและ/หรือลบที่แตกต่างกันไปตามสภาวะทางเคมีของตัวอย่างดิน เช่น^ค่า pH ของดิน^[ 53 ^]

สารละลายคอลลอยด์ที่ใช้ในการบำบัดทางหลอดเลือดดำจัดอยู่ในกลุ่มสารเพิ่มปริมาตร ที่สำคัญ และสามารถใช้ทดแทนของเหลว ทางหลอดเลือดดำได้ คอลลอยด์รักษา ความดันออสโมติกคอลลอยด์สูงในเลือด^{[ 54 ]}ดังนั้นตามทฤษฎีแล้วควรจะเพิ่มปริมาตรในหลอดเลือด เป็นหลัก ในขณะที่สารเพิ่มปริมาตรประเภทอื่นที่เรียกว่าคริสตัลลอยด์จะเพิ่มปริมาตรระหว่างเซลล์และปริมาตรภายในเซลล์ ด้วย อย่างไรก็ตาม ยังคงมีข้อโต้แย้งเกี่ยวกับความแตกต่างที่แท้จริงในประสิทธิภาพจากความแตกต่างนี้^{[ 54 ]}และงานวิจัยจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการใช้คอลลอยด์นี้อิงจากงานวิจัยที่หลอกลวงโดยJoachim Boldt [ ^{55 ] ความ}แตกต่างอีกประการหนึ่งคือโดยทั่วไปแล้วคริสตัลลอยด์มีราคาถูกกว่าคอลลอยด์มาก^{[ 54 ]}