Um guia para o diâmetro esférico equivalente na medição de partículas
Compreendendo o diâmetro esférico equivalente: Definição, importância e usos na medição de tamanho de partículas
Aprenda sobre a teoria da esfera equivalente, diferentes tipos de medição e os instrumentos necessários para uma medição de partículas bem-sucedida
As propriedades físicas dos materiais particulados podem influenciar uma variedade de comportamentos do material, incluindo taxas de reação e dissolução, facilidade de fluxo e mistura dos ingredientes, ou compressibilidade e abrasividade. Porém, medir as dimensões das partículas nem sempre é simples. As partículas são objetos tridimensionais e, a menos que sejam esferas perfeitas (por exemplo, emulsões ou bolhas), não podem ser totalmente descritas por uma única dimensão, como um raio ou diâmetro. Existem, portanto, muitas maneiras de expressar o tamanho das partículas, como tamanho de malha e frações de peneira.
Um método que simplifica o processo de medição e facilita comparações de tamanho de partículas em vários materiais – sem ter que usar modelagem tridimensional complicada – é o diâmetro esférico equivalente.
Neste blog, explicaremos como funciona o diâmetro esférico equivalente, incluindo como a esfera equivalente difere de outras métricas de tamanho de partículas e quando escolher a análise de imagem em vez disso
O que é o diâmetro esférico equivalente na análise de tamanho de partículas?
O diâmetro esférico equivalente descreve o tamanho da partícula convertendo uma propriedade medida específica de uma partícula no diâmetro de uma esfera hipotética que daria a mesma medida. As propriedades comuns usadas para calcular equivalentes esféricos incluem:
- Volume
- Área de superfície
- Velocidade de sedimentação
- Intensidade de espalhamento de luz ou padrão de difração
A propriedade definidora varia com a técnica de medição utilizada; a variedade de técnicas de medição de partículas disponíveis significa que diferentes medições podem produzir resultados diferentes para a mesma amostra.
Que tipos de medições de diâmetro esférico equivalente existem?
Aqui estão algumas das maneiras mais comuns de medir o diâmetro esférico equivalente e os instrumentos relevantes.
| Diâmetro esférico | Técnica | Instrumento |
|---|---|---|
| Diâmetro equivalente de volume | Difração a laser | Mastersizer 3000+ |
| Diâmetro de área de superfície | Área de superfície BET | Micromeritics TriStar II Plus |
| Diâmetro hidrodinâmico (velocidade de difusão) | Espalhamento de luz dinâmico | Zetasizer Advance |
| Diâmetro de Stokes (densidade e velocidade de sedimentação) | Sedimentação | Micromeritics Sedigraph |
Qual medição de diâmetro esférico equivalente devo usar?
Ao selecionar qual diâmetro esférico equivalente usar, a decisão se resume a qual comportamento físico é mais importante para sua aplicação. Isso também influencia como você resume uma distribuição de tamanho como um único valor médio – por exemplo, escolhendo entre valores D[3,2] e D[4,3].
| Diâmetro esférico | Mais importante para | Principais aplicações |
|---|---|---|
| Diâmetro equivalente de volume | Detectar material sobredimensionadoSeguir processos de dispersão ou moagemCompreender o empacotamento de partículas | FarmacêuticosCimentoMinerais e mineraçãoPigmentos e revestimentosMateriais de bateria |
| Diâmetro de área de superfície | Taxa de dissoluçãoReatividadeCatáliseAdsorçãoRevestimento | Liberação de medicamentosCatalisadores |
| Diâmetro hidrodinâmico (velocidade de difusão) | Medição de nanopartículas onde sedimentação e peneiramento não são práticosMonitoramento de agregação durante formulação ou armazenamento | NanopartículasLiberação de medicamentosAvaliação de estabilidade coloidal |
| Diâmetro de Stokes (densidade e velocidade de sedimentação) | Quando as partículas se separam sob gravidade ou força centrífuga FiltraçãoSedimentaçãoClassificação | Processamento de mineraisPigmentosCimento |
Como a esfera equivalente difere de outras métricas de tamanho de partículas?
Ao relatar uma dimensão para uma partícula tridimensional, o diâmetro esférico equivalente é afetado tanto pelo tamanho quanto pela forma da partícula.
A análise de imagem permite que múltiplos parâmetros sejam relatados para cada partícula, descrevendo o tamanho e a forma das partículas com mais detalhes, por exemplo:
- O diâmetro de Feret (ou diâmetro máximo de Feret) é a distância mais distante entre quaisquer dois pontos em uma partícula. Para uma partícula esférica, isso seria o mesmo que o diâmetro esférico equivalente, mas à medida que as partículas se tornam irregulares, esses valores começarão a diferir.
- O comprimento e a largura das partículas são particularmente úteis para compreender o comportamento de partículas em forma de agulha. A razão de aspecto é um parâmetro adimensional derivado do comprimento e da largura, um cubo tem uma razão de aspecto de 1, enquanto uma partícula em forma de agulha tem uma razão de aspecto próxima de zero.
- A maioria das técnicas de imagem também relatará um diâmetro equivalente circular ou esférico, que é útil para comparação com técnicas como a difração a laser.
O caso a favor e contra o uso de diâmetros esféricos equivalentes
O conceito esférico equivalente funciona muito bem para analisar mudanças gerais no tamanho das partículas e para comparar materiais de forma semelhante. No entanto, pode não ser sempre a melhor solução para partículas de forma altamente irregular, como agulhas ou placas. Para partículas altamente irregulares, podem ocorrer efeitos como o alargamento da distribuição do tamanho das partículas.
Quando a forma das partículas é importante, soluções de imagem como o Morphologi 4 podem ser mais apropriadas. No entanto, muitos fluxos de trabalho analíticos modernos utilizam ambos, com o diâmetro esférico equivalente para uma medição quantitativa rápida e imagem para validação morfológica ou resolução de comportamentos anômalos.
Por exemplo, o Grupo Jan De Nul, líder global de mercado em dragagem e construção marinha, utilizou ambos os instrumentos Mastersizer e Morphologi para uma caracterização eficiente de partículas de areia.
A conclusão
Selecionar o melhor tipo de medição para sua aplicação requer compreensão das diferentes técnicas de diâmetro esférico equivalente. Comece definindo seu objetivo, desde detectar aglomerados até monitorar taxas de dissolução. Nós ajudaremos você a cuidar do resto.
Diâmetro esférico: Perguntas frequentes (FAQs)
Compreender o diâmetro esférico equivalente não precisa ser complicado. Aqui estão as respostas para algumas perguntas frequentes sobre o diâmetro esférico.
O que é um diâmetro equivalente?
O Diâmetro Esférico Equivalente, também conhecido como teoria da esfera equivalente, é o diâmetro de uma esfera que produziria os mesmos resultados que uma partícula de forma irregular usando uma técnica analítica específica. O diâmetro esférico equivalente depende da técnica, pois cada uma mede uma propriedade física diferente da partícula.
O que é o diâmetro de Stokes?
O diâmetro de Stokes (Dst) é o diâmetro de uma esfera que se sedimentaria em um fluido viscoso na mesma velocidade terminal que a partícula sendo medida. Isso é medido via sedimentação e é mais adequado para partículas aproximadamente equidimensionais na faixa de 1–100 µm. Como é baseado no comportamento hidrodinâmico e não na geometria, partículas irregulares geralmente registram um diâmetro de Stokes menor do que suas dimensões verdadeiras, já que formas não esféricas experimentam maior arrasto que uma esfera equivalente.
Por que estou obtendo diferentes diâmetros esféricos equivalentes para a mesma amostra?
Cada técnica mede uma propriedade física diferente da partícula e relaciona isso ao tamanho da partícula, portanto, cada técnica relatará um resultado ligeiramente diferente. O portfólio da Malvern Panalytical oferece soluções para todas as variantes comuns de diâmetro esférico equivalente:
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