Grundlegende Anleitung zur Partikelanalyse-2
Partikelform
Neben der Korngröße kann auch die Form der Bestandteile erheblichen Einfluss auf die Leistung oder Verarbeitung pulverisierter Materialien haben. Derzeit wird in verschiedenen Industriebereichen, um Produkte und Prozesse besser zu verstehen, neben der Korngrößenanalyse auch die Form der Partikel untersucht. Einige Bereiche, in denen die Partikelform von Bedeutung ist, sind:
• Reaktivität und Löslichkeit (z. B. pharmazeutische Rohmaterialien)
• Flussverhalten und Handhabung von Pulvern (z. B. Arzneimittelabgabesysteme)
• Eigenschaften von Keramiksinter (z. B. keramische Filter)
• Effizienz von Schleifmitteln (z. B. SiC-Sägeblätter)
• Textur und Mundgefühl (z. B. Lebensmittelzutaten)
Besonders bei Vorhandensein von Agglomeraten oder primären Partikeln kann die Partikelform zur Bewertung des Dispersionszustands von feinen Materialien genutzt werden.
Wie definiert man die Partikelform?
Partikel sind komplexe dreidimensionale Objekte, und es ist notwendig, die Beschreibung der Partikel zu vereinfachen, ähnlich wie bei der Korngrößenmessung, um Messungen und Datenanalysen zu ermöglichen. Die am weitesten verbreitete Messtechnik bei der Partikelform ist die Bildgebungstechnik, und die damit gesammelten Daten sind zweidimensionale Projektionen des Partikelprofils. Diese zweidimensionalen Projektionen können mithilfe einfacher geometrischer Berechnungen genutzt werden, um Formparameter zu berechnen.
Partikelkontur
Verhältnismäßig einfache Parameter wie das Seitenverhältnis können genutzt werden, um die allgemeine Form der Partikel zu analysieren. Ein Beispiel ist das Seitenverhältnis folgender Partikelbilder, das wie folgt vereinfacht werden kann:
Seitenverhältnis = Breite/Länge
Mit dem Seitenverhältnis können Teilchen mit regulärer Symmetrie wie Kugeln oder Würfel von solchen mit unterschiedlicher Dimension entlang einer Achse wie nadel- oder elliptisch geformte Partikel unterschieden werden.
Es gibt noch weitere Formparameter, die zur Analyse von Partikelmerkmalen wie Verlängerung oder Rundheit genutzt werden können.
Partikelkontur
Die Kontur eines Partikels kann nicht nur bei der Erkennung von Agglomeratteilchen helfen, sondern auch Informationen zu Eigenschaften wie der Oberflächenrauhigkeit bereitstellen.
Zur Berechnung der Partikelkonturparameter wird das Konzept des Umfangs der konvexen Hülle (convex hull) verwendet. Einfach gesagt, wird der Umfang der konvexen Hülle, illustriert im Bild unten, durch eine imaginäre Gummiband im Laufe die Partikelkontur kalkuliert.
Ist der Umfang der konvexen Hülle einmal berechnet, können Parameter wie Konvexität oder Festigkeit basierend auf diesem Umfang definiert werden.
Hierbei gilt:
• Konvexität = Umfang der konvexen Hülle/Tatsächlicher Umfang
• Festigkeit = Fläche, die vom tatsächlichen Umfang umschlossen wird/Fläche, die von der konvexen Hülle umschlossen wird
Partikel mit sehr glatten Umrissen haben Konvexität/Festigkeit-Werte nahe 1, während Partikel mit rauen Umrissen oder agglomerierte primäre Partikeln niedrigere Konvexität/Festigkeit-Werte aufweisen werden.
Universelle Formparameter
Die Erfassung einiger Formparameter variieren sowohl in der Partikelform als auch der Partikelkontur. Wenn sowohl die Form als auch die Kontur die Eigenschaften der gemessenen Materialien beeinflussen können, kann es nützlich sein, diese zu überwachen. Der am häufigsten verwendete Parameter ist die Zirkularität. Dabei gilt:
• Zirkularität* = Umfang/Kreisumfang derselben Fläche
*Dies wird manchmal wie folgt definiert:
In einigen Anwendungen kann die Zirkularität sehr nützlich sein, jedoch ist sie nicht für alle Situationen geeignet. Bislang gibt es keine universelle Definition von Formparametern, die in allen Fällen angewendet werden können. Tatsächlich bedarf es für jede spezifische Anwendung einer sorgfältigen Überlegung, um die am besten geeigneten Parameter zu bestimmen.
Zeta-Potenzial
Das Zeta-Potenzial ist ein Maß für die elektrostatische oder ladungsbedingte Abstoßung oder Anziehungskraft zwischen den Partikeln in einer Flüssigstabilisersuspension.
Das Zeta-Potenzial ist eines der grundlegenden Parameter, die die Stabilität von Dispersionen beeinflussen.
Das Messen des Zeta-Potentials kann das detaillierte Verständnis der Ursachen von Dispersion, Aggregation oder Flockung unterstützen und die Verbesserung der Formulierung von Dispersionen, Emulsionen und Suspensionen fördern.
Das Tempo der Einführung neuer Formulierungen ist der Schlüssel zum Erfolg. Die Messung des Zeta-Potentials ist eine Möglichkeit, die Anzahl der Anwärterformulierungen zu reduzieren und so nicht nur die Lagerstabilität, sondern auch die Inspektionszeit und die Kosten zu minimieren, indem die Stabilitätsprüfung verkürzt wird.
In der Wasseraufbereitung kann das Monitoring der Dosis mithilfe der Zeta-Potenzialmessung die Kosten für chemische Zusätze durch Optimierung der Dosiersteuerung reduzieren.
Das Zeta-Potenzial ist eine wichtige Anwendung in einem weiten Bereich von Industriebranchen, einschließlich Keramik, Pharmazie, Medizin, Mineralverarbeitung, Elektronik und Wasseraufbereitung.
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