La diffraction laser est largement employée comme technique granulométrique pour des matériaux allant de quelques centaines de nanomètres à plusieurs millimètres. Les principales raisons de son succès résident dans :
- Sa large plage dynamique - du submicronique au millimètre.
- Sa mesure rapide - les résultats sont générés en moins d'une minute.
- Sa répétabilité - de grands nombres de particules sont échantillonnés à chaque mesure.
- Sa rétroaction instantanée - surveillance et contrôle du processus de dispersion des particules.
- Sa cadence de mesure élevée - des centaines de mesures chaque jour.
- L'absence de calibration - vérification aisée grâce à des étalons standard.
- Technique parfaitement établie - couverte par l'ISO13320 (2020).
Pour ces raisons, la diffraction laser devient la technique de granulométrie standard dans de nombreux secteurs industriels, car elle est plus rapide, plus simple et offre une meilleure résolution que des techniques plus traditionnelles telle l'analyse des tamis.
Granulométrie laser principe
La diffraction laser mesure les distributions granulométriques des particules en mesurant la variation angulaire de l'intensité de lumière diffusée lorsqu'un faisceau laser traverse un échantillon de particules dispersées.
Les grosses particules diffractent de la lumière aux petits angles et les petites particules diffractent de faibles intensités aux grands angles. Les données relatives à l'intensité diffusée en fonction de l'angle sont analysées pour calculer la taille des particules qui ont créé l'image de diffraction et ceci grâce à la théorie de Mie.
La taille des particules représente le diamètre de la sphère équivalente ayant même volume que la particule.
Propriétés optiques
La diffraction laser utilise la théorie de diffusion de la lumière de Mie pour calculer la distribution granulométrique des particules sur la base d'un modèle sphérique équivalent en volume.
La théorie de Mie suppose que les propriétés optiques de l'échantillon mesuré (indice de réfraction et partie imaginaire) et du dispersant (indice de réfraction) soient connus. Généralement, les propriétés optiques du dispersant sont relativement simples à trouver dans la documentation publiée et beaucoup d'instruments modernes intègrent une base de données contenant les indices des dispersants les plus courants. Lorsque les propriétés optiques d'un échantillon ne sont pas connues, l'utilisateur peut les mesurer ou les estimer à partir d'une approche itérative basée sur le degré d'ajustement entre les données modélisées et les données réelles collectées pour l'échantillon.
Une approche simpliste consiste à utiliser l'approximation de Fraunhofer, qui ne nécessite pas de connaître les propriétés optiques de l'échantillon. Cette approche donne des résultats précis pour les particules supérieures à 60 µm. Toutefois, une grande précaution s'impose dans le cas de particules inférieures à 50 µm ou de particules relativement transparentes.
Applications de la technologie de diffraction laser
La technologie de la diffraction laser trouve de nombreuses applications dans un large éventail de secteurs en raison de sa polyvalence, sa précision et son efficacité en matière d'analyse granulométrique.
Voici quelques domaines clés dans lesquels la diffraction laser (notamment les produits Mastersizer, Spraytec et Insitec) joue un rôle crucial.
Industrie pharmaceutique
Dans l'industrie pharmaceutique, les analyseurs de diffraction laser tels que le Mastersizer sont utilisés pour la caractérisation des particules de médicaments, des excipients et des formulations.
Ils permettent un contrôle précis de la distribution granulométrique des particules, garantissant l'uniformité et la stabilité des produits pharmaceutiques.
En outre, des instruments tels que Spraytec sont utilisés pour l'analyse granulométrique des particules pulvérisée dans les systèmes d'administration de médicaments par inhalation, optimisant ainsi les performances des aérosols et l'efficacité de l'administration de médicaments.
Industrie chimique
La technologie de diffraction laser est utilisée pour l'analyse de divers matériaux particulaires, y compris les polymères, les pigments et les catalyseurs.
Des instruments tels que le Mastersizer fournissent des informations efficaces sur la distribution granulométrique et la surface des particules, ce qui facilite le contrôle qualité et l'optimisation des processus.
De plus, la gamme d'analyseurs Insitec offre une surveillance en temps réel de la granulométrie des particules dans les procédés de fabrication de produits chimiques, garantissant ainsi l'homogénéité des produits et diminuant les déchets.
Industrie alimentaire
Dans l'industrie alimentaire, les analyseurs de diffraction laser jouent un rôle crucial dans l'analyse des ingrédients, des additifs et des poudres.
La série Mastersizer est utilisée pour évaluer la répartition granulométrique des particules dans les ingrédients alimentaires tels que la farine, le sucre et les épices, garantissant ainsi la texture souhaitée des produits alimentaires.
De même, l'analyseur Spraytec est utilisé pour la caractérisation de la distribution granulométrique des émulsions et des suspensions, optimisant ainsi la stabilité et la durée de conservation des produits.
Surveillance environnementale
Des instruments tels que le Mastersizer et l'Insitec sont utilisés dans les applications de surveillance environnementale pour l'analyse des polluants particulaires, des aérosols et des sédiments.
Ces analyseurs fournissent des données précieuses pour évaluer la qualité de l'air et de l'eau, étudier la dynamique des particules et comprendre l'impact des polluants sur les écosystèmes.
Les capacités de surveillance en temps réel des instruments tels que la gamme Insitec permettent une intervention et une gestion rapides des contaminants environnementaux.
Recherche et Développement
Dans divers domaines de recherche, les analyseurs de diffraction laser tels que Mastersizer, Spraytec et Insitec sont des outils précieux pour étudier la distribution granulométrique des particules, la morphologie et le comportement d'agrégation.
Ils facilitent la recherche fondamentale dans des domaines tels que la science des matériaux, la nanotechnologie et la chimie colloïdale, favorisant ainsi l'innovation et la découverte.
La flexibilité et la précision de ces instruments permettent aux chercheurs d'explorer de nouvelles applications et de repousser les limites de la connaissance scientifique.
Contrôle et optimisation des processus
Dans les processus industriels et de fabrication, la technologie de diffraction laser est utilisée pour la surveillance et le contrôle en temps réel des paramètres granulométriques. Des instruments tels que ceux de la gamme Insitec fournissent une analyse granulométrique continue, permettant aux opérateurs d'optimiser l'efficacité des processus, de garantir la qualité des produits et de diminuer les déchets et les coûts de production. Les analyseurs Mastersizer et Spraytec offrent des solutions robustes pour la mesure granulométrique hors ligne, prenant en charge l'optimisation des processus dans divers secteurs.
La technologie de diffraction laser (et des produits tels que le Mastersizer, le Spraytec et l'Insitec) offre une analyse granulométrique rapide et fiable, et, ce faisant, continue de révolutionner plusieurs secteurs, en permettant des avancées dans le développement de produits, l'assurance qualité et la recherche scientifique.
