A difração laser é uma técnica amplamente utilizada para determinação do tamanho de partículas para materiais que vão desde centenas de nanômetros a vários milímetros de tamanho. As principais razões para seu sucesso são:
- Ampla faixa dinâmica - de submícrons a milímetros de tamanho.
- Medições rápidas - resultados gerados em menos de um minuto.
- Repetibilidade - grande número de partículas amostradas em cada medição.
- Resposta instantânea - monitoramento e controle do processo de dispersão de partículas.
- Alta produtividade de amostras - centenas de medições por dia.
- A calibração não é necessária - facilmente verificada usando materiais de referência padrão.
- Técnica bem estabelecida - coberta pela ISO13320 (2020).
Por esses motivos, a difração laser está se tornando a técnica padrão de dimensionamento de partículas em muitos setores da indústria, sendo mais rápida, mais simples e com melhor resolução do que as técnicas de dimensionamento mais tradicionais, como análise de peneira.
Princípios da difração laser
A difração laser mede as distribuições de tamanho das partículas pela medição da variação angular na intensidade da luz difundida à medida que um feixe de laser interage com as partículas dispersas da amostra.
Partículas grandes dispersam a luz em pequenos ângulos em relação ao feixe de laser e partículas pequenas dispersam a luz em grandes ângulos. Os dados sobre a intensidade da dispersão angular são então analisados para calcular o tamanho das partículas responsáveis por criar o padrão de dispersão, com base na teoria de difusão da luz de Mie.
O tamanho das partículas é indicado como o diâmetro de uma esfera de volume equivalente.
Propriedades ópticas
A difração laser utiliza a teoria Mie de espalhamento da luz de para calcular a distribuição de tamanho de partículas, com base no modelo esfera de volume equivalente.
A teoria de Mie requer o conhecimento das propriedades ópticas (índice de refração e componente imaginário) tanto da amostra a ser medida quanto do dispersante. Normalmente, as propriedades ópticas do dispersante são relativamente fáceis de encontrar e são dados publicados, além disso, muitos instrumentos modernos possuem bancos de dados integrados que incluem os dispersantes mais usados. Para amostras em que as propriedades ópticas não são conhecidas, o usuário poderá medi-las ou estimá-las usando uma abordagem interativa com base no grau de adequação entre os dados modelados e os dados reais recolhidos para a amostra.
Uma abordagem simplificada seria usar a aproximação de Fraunhofer, que não exige o conhecimento das propriedades ópticas da amostra. Esta pode fornecer resultados precisos para partículas grandes. No entanto, deve ser usada com cautela sempre que se trabalhar com amostras que possam ter partículas abaixo de 50 µm ou quando as partículas forem relativamente transparentes.
Aplicações da tecnologia de difração a laser
A tecnologia de difração a laser encontra várias aplicações em uma ampla variação de indústrias devido à sua versatilidade, precisão e eficiência na análise de tamanho de partícula.
Aqui estão algumas áreas-chave onde a difração a laser, incluindo produtos como Mastersizer, Spraytec e Insitec, desempenham um papel crucial.
Indústria farmacêutica
Na indústria farmacêutica, os analisadores de difração a laser, como o Mastersizer, são usados para a caraterização de partículas de medicamentos, excipientes e formulações.
Eles possibilitam um controle preciso sobre a distribuição do tamanho das partículas, garantindo uniformidade e estabilidade dos produtos farmacêuticos.
Além disso, instrumentos como o Spraytec são utilizados para a análise do tamanho de partículas em spray em sistemas de entrega de medicamentos inalatórios, otimizando o desempenho do aerossol e a eficiência da entrega de medicamentos.
Indústria química
A tecnologia de difração a laser é utilizada para a análise de vários materiais particulados, incluindo polímeros, pigmentos e catalisadores.
Instrumentos como o Mastersizer fornecem informações valiosas sobre a distribuição do tamanho das partículas e a área da superfície, facilitando o controle de qualidade e a otimização de processos.
Além disso, a linha de analisadores Insitec oferece monitoramento em tempo real do tamanho das partículas em processos de fabricação química, garantindo a consistência do produto e minimizando o desperdício.
Indústria de alimentos e bebidas
Na indústria de alimentos e bebidas, os analisadores de difração a laser desempenham um papel crucial na análise de ingredientes, aditivos e pós.
A série Mastersizer é usada para avaliar a distribuição do tamanho das partículas em ingredientes de alimentos, como farinha, açúcar e especiarias, garantindo a textura desejada dos produtos alimentícios.
Da mesma forma, o analisador Spraytec é empregado para caraterizar a distribuição do tamanho das partículas de emulsões e suspensões, otimizando a estabilidade e a vida útil do produto.
Monitoramento ambiental
Instrumentos como o Mastersizer e o Insitec são empregados em aplicações de monitoramento ambiental para a análise de partículas poluentes, aerossóis e sedimentos.
Esses analisadores fornecem dados valiosos para avaliar a qualidade do ar e da água, estudar a dinâmica das partículas e entender o impacto dos poluentes nos ecossistemas.
As capacidades de monitoramento em tempo real de instrumentos, como a linha Insitec, permitem uma intervenção e gestão oportunas de contaminantes ambientais.
Pesquisa e desenvolvimento
Em vários campos de pesquisa, analisadores de difração a laser, como Mastersizer, Spraytec e Insitec, servem como ferramentas valiosas para estudar a distribuição de tamanho, morfologia e comportamento de agregação das partículas.
Eles facilitam a pesquisa fundamental em áreas como ciência de materiais, nanotecnologia e química coloidal, impulsionando a inovação e a descoberta.
A flexibilidade e a precisão desses instrumentos permitem que os pesquisadores explorem novas aplicações e ultrapassem os limites do conhecimento científico.
Controle e otimização de processos
Na fabricação e nos processos industriais, a tecnologia de difração a laser é empregada para monitoramento e controle em tempo real de parâmetros de tamanho das partícula. Instrumentos como a linha Insitec fornecem uma análise contínua do tamanho das partículas, permitindo que os operadores otimizem a eficiência de processos, garantam a qualidade do produto e minimizem o desperdício e os custos de produção. Os analisadores Mastersizer e Spraytec oferecem soluções robustas para medição offline do tamanho das partículas, suportando a otimização de processos em vários setores.
Ao oferecer análises rápidas e confiáveis de tamanho das partículas, a tecnologia de difração a laser, incluindo produtos como Mastersizer, Spraytec e Insitec, continua revolucionando diversas indústrias, permitindo avanços no desenvolvimento de produtos, garantia de qualidade e pesquisa científica.
