Partikelmesstechnik Innovative optische Analysegeräte von Microtrac

Microtrac bedeutet Innovation und Qualität auf dem Gebiet der Partikelmesstechnik. Wir bieten unseren Kunden qualitativ hochwertige Analysegeräte zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung und der Partikelform.

Die Partikelmesstechnik beschäftigt sich mit der Charakterisierung disperser Systeme. Dabei handelt es sich um Gemische von mindestens zwei Stoffen gleichen oder unterschiedlichen Aggregatzustands, bei denen die ein Stoff als fein verteilte (disperse) Phase in einer anderen (kontinuierlichen) Phase vorliegt.

Beispiele für solche Stoffsysteme sind Suspensionen (fest / flüssig), Emulsionen (flüssig / flüssig) oder Pulver und Granulate (fest / gasförmig). Die untenstehende Tabelle zeigt einige Beispiele disperser Systeme.

Für die Analyse solcher Systeme stehen verschiedene Technologien zur Verfügung, die für bestimmte Größenbereiche und Materialien geeignet sind.

Microtrac ist weltweit der einzige Anbieter für Partikelmesstechnik, der Geräte für die dynamische Bildanalyse, statische Bildanalyse, Laserbeugung und Siebanalyse im Programm hat und über umfangreiches Know-how im Vergleich der Stärken und Schwächen jedes Verfahrens verfügt.

Partikelmesstechnik Beispiele für disperse Systeme

Partikelmesstechnik Kenngrößen einer Partikelanalyse

Um eine Partikelgrößenverteilung zu beschreiben, stehen verschiedene Parameter zur Verfügung. Direkt aus der Summenkurve lassen sich Perzentilwerte ablesen. Dies bedeutet, dass für verschiedene %-Werte (y-Achse) die entsprechenden Größen angegeben werden.

In dem Beispiel in Abb. 3 ist eine Größenverteilung als Summenkurve dargestellt. Die Perzentilwerte bei 90 %, 50 % und 10% wurden ermittelt. Diese werden auch als d90, d50 und d10 (bzw. x90, x50 und x10) bezeichnet und der d50-Wert heißt auch „Median“. In dem Beispiel betragen die Werte 1600 µm, 330 µm und 83 µm. Es können beliebig viele Perzentilwerte definiert werden, D90/D50/D10 sind jedoch üblich und praktikabel, da sie Breite der Verteilung und den Median gut beschreiben.

Des Weiteren können für jede Größenverteilung arithmetischer und geometrischer Mittelwert sowie Standardabweichung (zur Quantifizierung der Verteilungsbreite) berechnet werden. Oft wird hierfür auch der Span-Wert angegeben. Dieser berechnet sich (d90-d10) / d50. Je nach Anwendung können auch andere Kenngrößen relevant sein und entsprechend definiert werden.

Abb. 3: Summenkurve und Perzentilwerte

Bei Mischungen verschiedener Partikelgrößen, sogenannten mehrmodalen Verteilungen, kann es sinnvoll sein, die einzelnen Komponenten der Mischung getrennt auszuwerten und hierfür Perzentil- bzw. Mittelwerte anzugeben. Hier ist auch oft das Mengenverhältnis zwischen den Komponenten von Interesse. Wenn ein geringer Anteil von Partikeln vorliegt, die deutlich größer oder kleiner sind als die Hauptmenge der Verteilung, so spricht man von Überkorn bzw. Unterkorn (Abb. 4).

Abb. 4: Bimodale Verteilung (links) und Verteilung mit Überkorn (rechts)

Partikelmesstechnik Größenmodelle und Äquivalentdurchmesser

Partikelgröße ist nur für kugelförmige Materialien eindeutig definiert, und zwar als Durchmesser der Kugel. Reale Materialien sind jedoch meist anders geformt. Verschiedene Verfahren der Partikelmesstechnik können bei solchen Proben zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen kommen.

Das Beispiel in Abb. 6 zeigt eine Mahlkugel und einen Legostein auf einem 14 mm Sieb und einem 16 mm Sieb. Beide Partikel passen durch das gröbere Sieb und werden von dem kleineren zurückgehalten. Für die Siebanalyse sind beide Partikel daher gleich groß: zwischen 14 und 16 mm. Mit dem Messschieber erhält man für die Mahlkugel immer den gleichen Durchmesser, bei dem Quader aber je nach Orientierung ganz andere Werte. Es muss also vorher definiert werden, welche Orientierung gemessen werden soll. Würden nun viele blaue Legosteine in beliebigen, zufälligen Orientierungen vermessen, so würde eine breite Verteilung entstehen, die bei dem kleinstmöglichen Wert beginnt und bei dem größtmöglichen Wert endet (obwohl alle Partikel identisch sind).

Viele Messverfahren, die Partikelform nicht bestimmen können, wie Laserbeugung und dynamische Lichtstreuung, behandeln alle Signale als wären sie von kugelförmigen Partikeln erzeugt worden. Man spricht hier von sogenannten Äquivalentdurchmessern. Bildgebende Verfahren erlauben es, Länge und Breite der Partikel getrennt auszuwerten und entsprechende Verteilungen zu generieren.

Partikelmesstechnik Größenvergleich zwischen Legostein und Mahlkugel

(Abb. 6)
Sphärische Partikel (Mahlkugel): Durchmesser=Größe
Nicht-sphärische Partikel (Lego): unterschiedliche Größe je nach Orientierung
Schieblehremessung: Mahlkugel und Legostein sind unterschiedlich groß

Lego und Mahlkugel passieren ein 16 mm Sieb (links), werden aber auf einem 14 mm Sieb (rechts) zurückgehalten. Was die Siebung betrifft, so haben beide Partikel die gleiche Größe, den gleichen "äquivalenten Durchmesser".

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