O Que é Dispersão? Desenvolvimento de Métodos para Otimização de Dispersão em Meio Úmido-2

Para medição de tamanho de partículas por difração a laser

desenvolvimento de métodos de dispersão em meio úmido ou líquido 

 Condições de Medição

É importante definir condições de medição adequadas para obter resultados robustos a partir de medições por difração a laser. Os objetos de configuração são os seguintes.

 Faixa de Obscuração
 Tempo de Medição
 Velocidade de Agitação

Quantidade de Amostra para Medição

Para que a concentração da amostra seja adequada para medições por difração a laser, deve-se adicionar a quantidade de amostra que forneça uma relação sinal-ruído suficiente ou que represente o material a granel, mas sem adicionar tanto que a medição seja afetada por múltiplas dispersões.

No sistema de difração a laser, a concentração da amostra é medida pelo parâmetro de obscuração, que indica a taxa de perda de luz laser ao passar pela amostra.

Todos os sistemas de medição possuem uma quantidade de ruído, e no Mastersizer isso pode ser identificado como variação aleatória de dados após a remoção do sinal de fundo na etapa de adição da amostra (ver Figura 6).

Assim, uma quantidade suficiente de amostra deve ser adicionada para obter dados de sinal de dispersão estáveis acima deste nível de variação aleatória.

O sistema não requer muita dispersão acima do nível de ruído. Por exemplo, a Figura 7 mostra os dados de dispersão obtidos de uma amostra de 300nm que fornece resultados reprodutíveis e estáveis a 3% de obscuração. Por isso, para partículas finas, o limite inferior de obscuração é definido pelo nível de ruído do sistema.

Para partículas grosseiras, o limite inferior de obscuração é definido pela representatividade da amostra em vez da relação sinal-ruído. Se a variabilidade for alta ao medir várias amostras de material grosso, aumente a massa da amostra e a obscuração em que a medição é realizada.

O limite superior de obscuração nas medições de difração a laser é definido por um efeito denominado múltiplas dispersões. A teoria usada para interpretar os dados de dispersão em sistemas de difração assume que a luz laser atingindo o detector é dispersa por uma única partícula.

Se a concentração de partículas na cela for muito alta, é provável que a luz laser seja dispersa por mais de uma partícula antes de atingir o detector. Esse efeito é ilustrado de forma gráfica abaixo.

Este fenômeno de múltiplas dispersões faz com que a luz laser se disperse em ângulos mais elevados. Como a dispersão em ângulos elevados está associada a partículas mais finas, as múltiplas dispersões resultam em subestimação do tamanho das partículas.

Figura 9 mostra a distribuição de tamanho de partículas medidas para a mesma amostra em obscuration entre 5% e 18%. Como as distribuições de tamanho medidas a 5% e 7% de obscuration são muito semelhantes, sabe-se que não há múltiplas dispersões nessa faixa de obscuration. À medida que a obscuração aumenta acima de 9%, a forma da distribuição muda, mostrando partículas mais finas.

Daí se conclui que medições são afetadas por múltiplas dispersões acima de 9% e que o limite superior apropriado de obscuration para esta amostra é 9%.

O grau em que medições podem ser afetadas por múltiplas dispersões ou por amostragem depende do tamanho das partículas do material medido. A medição de partículas finas é mais afetada por múltiplas dispersões, enquanto partículas grossas são mais afetadas pela amostragem. A Tabela 3 abaixo lista as faixas recomendadas de obscuration para diferentes tamanhos de partículas.

Tabela 3: Faixa recomendada de obscuration baseada no tamanho das partículas

Tempo de Medição

O tempo de medição em difração a laser em meio úmido deve ser suficientemente longo para que uma amostra representativa de partículas circule na célula de medição. O tempo necessário varia de acordo com o tamanho e polidispersidade das partículas na amostra.

Somente amostras finas e monodispersas requerem medidas de curta duração, enquanto partículas grossas ou distribuições amplas necessitam de medições mais longas. Se a variabilidade for alta em medições repetidas da mesma amostra de partículas grossas ou polidispersas, aumentar o tempo de medição pode melhorar a repetibilidade.

Figura 10 mostra a distribuição de tamanho de partículas de uma amostra que contém material com uma distribuição ampla de tamanho (de 1μm a 700μm). As medições repetidas desta amostra foram realizadas usando tempos de medição variando de 1 a 20 segundos.

Figura 11 mostra a redução do desvio padrão relativo em repetições de medições à medida que o tempo de medição aumenta. A variabilidade não excede a faixa aceitável definida pelo padrão ISO [1] em tempos de medição superiores a 10 segundos.

Velocidade do Agitador

O agitador em um dispositivo de dispersão úmida deve garantir que a dispersão seja uniforme e que a amostra que passa pela célula de medição seja representativa. Para materiais grandes ou densos, devem-se realizar ajustes na velocidade de agitação para garantir que todas as partículas na amostra estejam em suspensão. Para amostras de emulsões, a calibração da velocidade de agitação pode ser realizada para descobrir a qual velocidade as gotículas começam a se romper.

Figura 12 mostra os resultados de uma calibração de velocidade de agitação para uma amostra de pó de cobre. À medida que a velocidade de agitação aumenta, mais partículas grandes ficam em suspensão na amostra, aumentando o tamanho de partícula medido. Para esta amostra, uma velocidade de agitação acima de 2500rpm é recomendada, pois o tamanho das partículas é estável nessa faixa.

Conclusão

A obtenção de resultados reprodutíveis em medições de difração a laser em meio úmido é determinada por três fatores principais.

O primeiro fator é a coleta de uma amostra representativa do material a granel,

o segundo fator é alcançar um estado estável de dispersão,

o terceiro fator é a configuração adequada das condições de medição.

Esta nota de aplicação cobre testes que podem ser realizados para avaliar como estas questões afetam sua amostra.

A realização de alguns dos testes descritos aqui pode aumentar sua compreensão do material sendo medido e melhorar a reprodutibilidade dos resultados de tamanho de partícula.

Além disso, desenvolver métodos robustos lhe dará a confiança de que o método desenvolvido será mantido e continuará sendo usado no futuro, insensível a pequenas mudanças nas condições de medição que o equipamento e o método podem experimentar durante seu ciclo de vida.

Referências

[1] ISO13320 (2009). Análise granulométrica – Métodos de difração a laser, Parte 1: Princípios gerais