La difracción láser es una técnica de medición de tamaño de partícula ampliamente utilizada para materiales que van desde cientos de nanómetros hasta varios milímetros en tamaño. Las principales razones de su éxito son las siguientes:
- Amplio rango dinámico: rango dinámico desde submicrométrico hasta milimétrico.
- Mediciones rápidas: los resultados se generan en menos de un minuto.
- Repetibilidad: en cada medición se muestrea un gran número de partículas.
- Retroalimentación instantánea: monitoreo y control del proceso de dispersión de partículas.
- Alto rendimiento de muestras: cientos de mediciones por día.
- La calibración no es necesaria: se verifica fácilmente utilizando materiales de referencia estándar.
- Técnica reconocida: cubierta por ISO13320 (2020).
Por estas razones, la difracción láser se está convirtiendo en la técnica estándar de medición de tamaño de partículas en muchos sectores de la industria, ya que es más rápida y sencilla, y tiene una mejor resolución que las técnicas más tradicionales de medición, como el análisis de tamiz.
Principios de la difracción láser
La difracción láser mide las distribuciones de tamaño de partícula mediante la variación angular de la intensidad de la luz dispersada cuando un rayo láser pasa a través de una muestra de partículas dispersas.
Las partículas grandes dispersan la luz en ángulos pequeños en relación con el rayo láser, y las partículas pequeñas lo hacen en ángulos grandes. Luego se analizan los datos de la intensidad de dispersión angular para calcular el tamaño de las partículas responsables de crear el patrón de dispersión, utilizando la teoría Mie de la dispersión de luz.
El tamaño de partícula se registra como un diámetro de esfera equivalente al volumen.
Propiedades ópticas
La difracción láser utiliza la teoría Mie de la dispersión de la luz para calcular la distribución de tamaño de partícula, suponiendo un modelo de esfera equivalente al volumen.
La teoría Mie requiere que se conozcan las propiedades ópticas (índice de refracción y componente imaginario) de la muestra que se está midiendo, junto con el índice de refracción del dispersante. Por lo general, las propiedades ópticas del dispersante son relativamente fáciles de encontrar a partir de los datos publicados, y muchos instrumentos modernos cuentan con bases de datos integradas que incluyen dispersantes comunes. Para muestras en las que no se conocen las propiedades ópticas, el usuario puede medirlas o calcularlas utilizando un enfoque iterativo basado en la bondad de ajuste entre los datos modelados y los datos reales recolectados para la muestra.
Un enfoque simplificado consiste en usar la aproximación Fraunhofer, que no requiere que se conozcan las propiedades ópticas de la muestra. Esto puede proporcionar resultados exactos para partículas grandes. Sin embargo, debe utilizarse con precaución cuando se trabaje con muestras que puedan tener partículas de menos de 50 µm, o cuando las partículas sean relativamente transparentes.
Aplicaciones de la tecnología de difracción láser
La tecnología de difracción láser se utiliza ampliamente en una amplia gama de industrias debido a su versatilidad, precisión y eficiencia en el análisis del tamaño de las partículas.
Estas son algunas áreas clave en las que la difracción láser, incluidos productos como Mastersizer, Spraytec e Insitec, desempeñan un papel esencial.
Industria farmacéutica
En la industria farmacéutica, los analizadores de difracción láser como el Mastersizer se utilizan para la caracterización de partículas de fármacos, excipientes y formulaciones.
Permiten un control preciso de la distribución del tamaño de las partículas, garantizando la uniformidad y estabilidad de los productos farmacéuticos.
Además, instrumentos como el Spraytec se utilizan para el análisis del tamaño de las partículas de aerosol en sistemas de administración de fármacos por inhalación, optimizando el rendimiento del aerosol y la eficacia de la administración del fármaco.
Industria química
La tecnología de difracción láser se utiliza para el análisis de varios materiales particulados, incluidos polímeros, pigmentos y catalizadores.
Los instrumentos como el Mastersizer proporcionan información valiosa sobre la distribución del tamaño de las partículas y el área de superficie, lo que facilita el control de calidad y la optimización del proceso.
Además, la gama de los analizadores Insitec ofrece monitoreo en tiempo real del tamaño de las partículas en procesos de fabricación química, lo que garantiza la consistencia del producto y minimiza los desechos.
Industria de alimentos y bebidas
En la industria de alimentos y bebidas, los analizadores de difracción láser desempeñan una función esencial en el análisis de ingredientes, aditivos y polvos.
La serie Mastersizer se utiliza para evaluar la distribución del tamaño de las partículas en ingredientes alimentarios como harina, azúcar y especias, garantizando la textura deseada de los productos alimentarios.
Del mismo modo, se emplea el analizador Spraytec para caracterizar la distribución del tamaño de las partículas de emulsiones y suspensiones, lo que optimiza la estabilidad y la vida útil del producto.
Control medioambiental
Los instrumentos como el Mastersizer y el Insitec se emplean en aplicaciones de monitoreo ambiental para el análisis de partículas contaminantes, aerosoles y sedimentos.
Estos analizadores proporcionan datos valiosos para evaluar la calidad del aire y del agua, estudiar la dinámica de las partículas y comprender el impacto de los contaminantes en los ecosistemas.
Las capacidad de monitoreo en tiempo real de instrumentos como la gama Insitec permite intervenir y gestionar a tiempo los contaminantes medioambientales.
Investigación y desarrollo
En diversos campos de investigación, los analizadores de difracción láser como Mastersizer, Spraytec e Insitec son herramientas valiosas para estudiar la distribución del tamaño de las partículas, la morfología y el comportamiento de agregación.
Facilitan la investigación fundamental en ámbitos como la ciencia de los materiales, la nanotecnología y la química coloidal, lo que impulsa la innovación y los descubrimientos.
La flexibilidad y precisión de estos instrumentos permiten a los investigadores explorar nuevas aplicaciones y superar los límites del conocimiento científico.
Control y optimización del proceso
En la fabricación y los procesos industriales, la tecnología de difracción láser se emplea para el monitoreo y control en tiempo real de los parámetros del tamaño de las partículas. Los instrumentos como la gama Insitec proporcionan un análisis continuo del tamaño de las partículas, lo que permite a los operadores optimizar la eficiencia del proceso, garantizar la calidad del producto y minimizar los residuos y los costos de producción. Los analizadores Mastersizer y Spraytec ofrecen soluciones sólidas para la medición del tamaño de las partículas fuera de línea, lo que respalda la optimización del proceso en diversas industrias.
La tecnología de difracción láser, que incluye productos como Mastersizer, Spraytec e Insitec, ofrece un análisis rápido y confiable del tamaño de las partículas y sigue revolucionando diversas industrias, lo que permite avances en el desarrollo de productos, la garantía de calidad y la investigación científica.
