Laserbeugung ist eine weit verbreitete Technik zur Partikelgrößenmessung für Materialien mit einer Größe von mehreren Hundert Nanometern bis zu mehreren Millimetern. Die Hauptgründe für den Erfolg dieser Technik sind:
- Breiter dynamischer Bereich - vom Submikrometer- bis zum Millimeterbereich
- Schnelle Messungen - Ergebnisse in weniger als einer Minute
- Wiederholbarkeit - bei jeder Messung werden große Mengen von Partikeln gemessen
- Sofortiges Feedback - Überwachung und Steuerung des Partikeldispergierprozesses
- Hoher Probendurchsatz - Hunderte von Messungen pro Tag
- Keine Kalibrierung erforderlich – einfache Verifizierung mit Standardreferenzmaterialien.
- Etablierte Technik - erfüllt ISO13320 (2020)
Aus diesen Gründen entwickelt sich die Laserbeugung derzeit in vielen Industriesektoren zum Standardverfahren für die Partikelgrößenbestimmung. Sie ist schneller, einfacher und ermöglicht eine bessere Auflösung als herkömmliche Größenmesstechniken wie die Siebanalyse.
Prinzipien der Laserbeugung
Bei der Laserbeugung werden Partikelgrößenverteilungen durch Messung der Winkelabhängigkeit der Intensität von gestreutem Licht eines Laserstrahls, der eine dispergierte Partikelprobe durchdringt, ermittelt.
Große Partikel streuen Licht in kleinen Winkeln relativ zum Laserstrahl, während kleine Partikel zu großen Streuwinkeln führen. Die Daten der winkelabhängigen Streulichtintensität werden analysier und sind die Basis zur Berechnung der Größe der Partikel, die für das Beugungsmuster verantwortlich sind. Dabie wird die Mie-Theorie genutzt.
Es werden dabei die Durchmesser von Kugeläquivalenten ausgegeben.
Optische Eigenschaften
Bei der Laserbeugung wird die Mie-Theorie der Lichtstreuung zur Berechnung der Partikelgrößenverteilung verwendet. Dabei wird ein volumengleiches Kugelmodell angenommen.
Für die Anwendung der Mie-Theorie ist sowohl die Kenntnis der optischen Eigenschaften der gemessenen Probe (Brechungsindex und imaginärer Anteil) als auch der Brechungsindex des Dispergiermittels erforderlich. Meist sind die optischen Eigenschaften des Dispergiermittels problemlos Veröffentlichungen zu entnehmen und viele moderne Geräte sind mit integrierten Datenbanken ausgestattet, die häufig verwendete Dispergiermittel enthalten. Bei Proben, deren optische Eigenschaften nicht bekannt sind, kann der Benutzer diese entweder messen oder einen iterativen Ansatz verfolgen, indem die Annäherung der modellierten Daten und den tatsächlich für die Probe gemessenen Daten ausgewertet wird.
Ein vereinfachter Ansatz ist die Fraunhofer-Näherung, für die keine Kenntnisse der optischen Eigenschaften der Probe erforderlich sind. Für große Partikel können damit genaue Ergebnisse gewonnen werden. Bei der Arbeit mit Proben, die Partikel mit einer Größe von weniger als 50 µm oder relativ transparente Partikel enthalten können, ist diese Methode jedoch mit Vorsicht zu genießen.
Anwendungsbereiche von Laserbeugungstechnologien
Laserbeugungstechnologien werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit, Genauigkeit und Effizienz bei der Partikelgrößenanalyse in vielen Bereichen und Branchen eingesetzt.
Nachfolgend werden einige wichtige Bereiche erläutert, in denen Laserbeugung eine entscheidende Rolle spielt. Außerdem erhalten Sie Informationen zu Produkten wie Mastersizer, Spraytec und Insitec.
Pharmabranche
In der Pharmabranche werden Laserbeugungsanalysatoren wie der Mastersizer zur Charakterisierung von Arzneimittelpartikeln, Hilfsstoffen und Formulierungen eingesetzt.
Sie ermöglichen eine präzise Steuerung der Partikelgrößenverteilung und gewährleisten so die Homogenität und Stabilität pharmazeutischer Produkte.
Darüber hinaus werden Geräte wie Spraytec für die Analyse der Größe von Sprühpartikeln in Inhalationssystemen eingesetzt, um die Aerosolleistung und die Effizienz der Wirkstoffabgabe zu optimieren.
Chemiebranche
Laserbeugungstechnologie wird für die Analyse verschiedener partikelförmiger Materialien wie Polymere, Pigmente und Katalysatoren verwendet.
Instrumente wie der Mastersizer bieten wertvolle Einblicke in die Partikelgrößenverteilung und -oberfläche und erleichtern so die Qualitätskontrolle und Prozessoptimierung.
Darüber hinaus ermöglichen die Analysatoren der Insitec-Serie die Echtzeitüberwachung der Partikelgröße in chemischen Herstellungsprozessen, um so die Produktkonsistenz zu gewährleisten und die Abfallmenge zu minimieren.
Lebensmittel- und Getränkeindustrie
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie spielen Laserbeugungsanalysatoren eine entscheidende Rolle bei der Analyse von Inhaltsstoffen, Zusatzstoffen und Pulvern.
Die Mastersizer-Serie wird zur Beurteilung der Partikelgrößenverteilung in Lebensmittelzutaten wie Mehl, Zucker und Gewürzen verwendet, um die gewünschte Textur von Lebensmitteln sicherzustellen.
Auch der Spraytec Analysator wird zur Charakterisierung der Partikelgrößenverteilung von Emulsionen und Suspensionen eingesetzt, um die Produktstabilität und Haltbarkeit zu optimieren.
Umgebungsüberwachung
Geräte wie Mastersizer und Insitec werden im Bereich der Umweltüberwachung zur Analyse von Schadstoffpartikeln, Aerosolen und Sedimenten eingesetzt.
Diese Analysatoren liefern wertvolle Daten zur Beurteilung der Luft- und Wasserqualität, zur Untersuchung der Partikeldynamik und zu den Auswirkungen von Schadstoffen auf Ökosysteme.
Echtzeit-Überwachungsfunktionen von Instrumenten wie denen der Insitec-Serie ermöglichen ein zeitnahes Einschreiten und helfen beim Umgang mit Verunreinigungen der Umwelt.
Forschung und Entwicklung
Laserbeugungsanalysatoren wie Mastersizer, Spraytec und Insitec dienen in verschiedenen Forschungsbereichen als wertvolle Hilfsmittel für die Untersuchung der Partikelgrößenverteilung, der Morphologie und des Aggregationsverhaltens.
Sie erleichtern die Grundlagenforschung in Bereichen wie Materialwissenschaft, Nanotechnologie und kolloidale Chemie und fördern Innovationen und Entdeckungen.
Dank der Flexibilität und Genauigkeit dieser Instrumente können Forscher neue Anwendungsbereiche erkunden und die Grenzen der Wissenschaft erweitern.
Prozesssteuerung und -optimierung
In Fertigungs- und Industrieprozessen werden Laserbeugungstechnologien zur Echtzeitüberwachung und -steuerung von Partikelgrößenparametern eingesetzt. Instrumente wie die der Insitec-Serie ermöglichen eine kontinuierliche Partikelgrößenanalyse, die den Bedienern dabei helfen, die Prozesseffizienz zu optimieren, die Produktqualität zu gewährleisten sowie Abfallmengen und Produktionskosten zu minimieren. Die Analysatoren Mastersizer und Spraytec bieten robuste Lösungen für die Offline-Partikelgrößenmessung und unterstützen die Prozessoptimierung für verschiedene Branchen.
Durch die schnelle und zuverlässige Partikelgrößenanalyse revolutionieren Laserbeugungstechnologien – darunter Produkte wie Mastersizer, Spraytec und Insitec – weiterhin verschiedene Branchen und fördern Fortschritte in der Produktentwicklung, Qualitätssicherung und wissenschaftlichen Forschung.
