Partikelgrößenbestimmungsmethoden: Die richtige Methode für Ihre Anwendung auswählen

Eine genaue Partikelgrößenanalyse ist in Forschung, Entwicklung und Herstellung in einer Vielzahl von Industrien entscheidend. Von Pharmazeutika bis zu Farben und Beschichtungen beeinflusst die Partikelgröße wichtige Eigenschaften wie Auflösungsrate, Stabilität, Farbe, Textur und Fließeigenschaften. Die Auswahl der richtigen Größenbestimmungstechnik sichert nicht nur die Produktqualität, sondern gewährleistet auch die Einhaltung gesetzlicher Anforderungen.

Wenn Sie eine Partikelgrößenbestimmungstechnik auswählen, beginnen Sie mit der Definition Ihrer Ziele. Was möchten Sie erreichen? Ob es darum geht, Agglomerate zu erkennen oder den Anteil feiner Partikel zu kontrollieren – Ihre Ziele werden Sie zu den richtigen Techniken mit den erforderlichen Empfindlichkeiten führen.

Selbst wenn Sie durch die verfügbaren Techniken eingeschränkt sind, gewährleistet das Verständnis ihrer Stärken und Schwächen, dass Sie realistische und robuste Ergebnisse erhalten. Zu den Schlüsselfaktoren, die berücksichtigt werden müssen, gehören der Messbereich des Instruments, die Arten von Proben, die es verarbeiten kann (Pulver, Suspensionen, Emulsionen und Sprays) und die Empfindlichkeit der Technik (anzahl- oder volumenbasiert). Denken Sie auch an die erwartete Genauigkeit und Präzision.

Praktische Überlegungen sind ebenfalls wichtig. Wie viele Messungen müssen Sie täglich durchführen? Wie lange dauert jede Messung? Wie viel Probendilution ist erforderlich? Und benötigen Sie zusätzliche Informationen, wie z. B. die Partikelform?

Dieser Leitfaden untersucht die am weitesten verbreiteten Methoden zur Partikelgrößenbestimmung und bietet Einblicke, wie Sie den besten Ansatz für Ihre Materialien und Ziele auswählen können.

Häufige Partikelgrößenbestimmungstechniken

1. Laserbeugung

Laserbeugung ist eine der am häufigsten verwendeten Techniken aufgrund ihres großen Dynamikbereichs und ihrer Benutzerfreundlichkeit.

• Funktionsweise: Misst die winkelabhängige Variation der Intensität des Streulichts, das entsteht, wenn ein Laserstrahl durch eine dispergierte Partikelprobe führt.
• Typischer Größenbereich: ~0,01 µm bis 3500 µm
• Probentypen: Pulver, Emulsionen, Suspensionen, Sprays
• Stärken:
  • Schnelle Analyse mit hoher Reproduzierbarkeit
  • Verarbeitet eine breite Palette von Probentypen und -größen
  • Geeignet für die Echtzeitüberwachung in der Produktion (PAT-Anwendungen)
• Einschränkungen:
  • Geht bei der Berechnung von kugelförmigen Partikeln aus
  • Begrenzt bei der Auflösung eng benachbarter Größenverteilungen

Beispielanwendungen: Pharmazeutika, Farben und Pigmente, Lebensmittel, Baumaterialien, Polymere

2. Dynamische Lichtstreuung (DLS)

DLS ist die bevorzugte Technik zur Messung von Nanopartikeln und kolloidalen Suspensionen.

• Funktionsweise: Analysiert Schwankungen in der Intensität des Streulichts, die durch die Brownsche Bewegung von Partikeln in Suspension verursacht werden.
• Typischer Größenbereich: ~0,3 nm bis 10 µm
• Probentypen: Nanopartikel, Proteine, Liposomen, Polymere in Lösung
• Stärken:
  • Hoch empfindlich auf kleine Änderungen der Partikelgröße
  • Schnell und nicht-destruktiv
  • Ideal für Stabilitätsstudien und Formulierungsentwicklungen
• Einschränkungen:
  • Weniger effektiv bei polydispersen oder nicht-kugelförmigen Systemen
  • Benötigt Verdünnung und saubere Probenvorbereitung

Beispielanwendungen: Biopharmazeutika, Arzneimittelfreisetzungssysteme, kosmetische Emulsionen, Polymerdispersionen

3. Bildgebungsverfahren

Bildgebungsverfahren bieten visuelle und quantitative Informationen über Partikelgröße und -form.

• Funktionsweise: Erfassen hochauflösender Bilder von Partikeln, die dann mit Software analysiert werden, um Größe, Form und andere morphologische Parameter zu bestimmen.
• Typischer Größenbereich: ~1 µm bis mehrere mm
• Probentypen: Unregelmäßig geformte Partikel, Fasern, Aggregate
• Stärken:
  • Bietet detaillierte Forminformationen (z.B. Aspektverhältnis, Rundheit)
  • Ermöglicht die Differenzierung zwischen ähnlich großen Partikeln basierend auf Morphologie
  • Nützlich für Fehlersuche oder Produktentwicklung
• Einschränkungen:
  • Langsamer als andere Methoden
  • Benötigt komplexere Analyse und Interpretation

Beispielanwendungen: Pharmazeutische Pulver, Schleifmittel, Lebensmittelzutaten, Mineralproben

Andere Methoden zur Partikelgrößenbestimmung

Neben den oben genannten primären Techniken können je nach Anwendung auch andere Methoden relevant sein:

• Sieben: Einfach und kostengünstig für grobe Partikel, oft in der Verarbeitung von Schüttgut verwendet.
• Sedimentation: Basierend auf dem Stokes’schen Gesetz, gut für größere, dichtere Partikel.
• Elektronenzonenmessung (Coulter-Prinzip): Misst Veränderungen im elektrischen Widerstand, wenn Partikel durch eine kleine Öffnung gelangen – häufig bei der Zellzählung verwendet.

Faktoren, die bei der Auswahl einer Technik zu berücksichtigen sind

Die Auswahl der richtigen Technik hängt von mehreren Variablen ab:

Es gibt keine Einheitslösung, wenn es um die Partikelgrößenbestimmung geht. Jede Technik bietet einzigartige Einblicke. Oft liefert eine Kombination von Methoden das klarste Bild der Materialeigenschaften. Das Verständnis, nicht nur wie jede Technik funktioniert, sondern auch wann und warum man sie verwendet, ist der Schlüssel zum Erreichen zuverlässiger Ergebnisse und fundierter Prozessentscheidungen.

Fazit

Ob Sie eine pharmazeutische Tablette formulieren, eine Beschichtung entwickeln oder die Konsistenz eines Lebensmittelprodukts kontrollieren, die Wahl der richtigen Partikelgrößenbestimmungstechnik kann entscheidend für den Ausgang sein. Durch die Abstimmung der Methode mit Ihren Materialeigenschaften, Zielen und Prozessanforderungen können Sie Präzision, Konsistenz und gesetzliche Konformität sicherstellen.

Malvern Panalytical bietet eine vollständige Palette von Lösungen zur Partikelgrößenbestimmung, von der Laserbeugung bis hin zur Nachverfolgung von Nanopartikeln, unterstützt durch fachkundige Beratung und kontinuierliches Training.

Weiterführende Lektüre

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