Mastersizer 3000

Leistungsmerkmale und Vorteile

Das marktführende Partikelgrößenmessgerät Mastersizer 3000 ist ein vielseitiges, kompaktes Gerät, das auf die analytischen Anforderungen, begrenzten Ressourcen und anspruchsvollen Arbeitsabläufe in modernen Laboren ausgerichtet ist. Durch die Kombination aus ausgereifter Technologie und Anwendungskompetenz bietet es:

• Branchenführende Leistung in der Partikelgrößenmessung, die die benötigten soliden und zuverlässigen Daten generiert und den wertvollen Laborraum optimal nutzt
• Intuitive Software mit integriertem Fachwissen, die Ihre analytische Arbeitslast reduziert, sodass Sie eine Vielzahl von Verfahren effizient entwickeln und ausführen können
• Flexible, an Ihre Anforderungen anpassbare Berichtsfunktionen, mithilfe derer Sie Ihre Daten auf gewünschte Weise anzeigen können 
• Schnelle, effektive, auf verschiedene Probenanforderungen zugeschnittene Funktionen zur Probenvorbereitung für Suspensionen, Emulsionen und Pulver, die Ihnen das Wissen vermitteln, das Sie benötigen, um Ihre Verfahren zu optimieren und eine kontinuierliche Kontrolle zu gewährleisten

Durch das einzigartige, praktische Fachwissen von Malvern Panalytical über die Laserbeugungs-Partikelgrößenanalyse kann der Mastersizer zuverlässige Ergebnisse liefern – mithilfe einer Datenqualitätsanalyse, die sowohl Experten als auch Neulinge in der Partikelgrößenmessung dazu befähigt, Erkenntnisse und Ergebnisse zu erzielen, auf die Sie sich verlassen können.

Funktionsweise

Der Mastersizer 3000 verwendet die Laserbeugungstechnik zur Messung der Partikelgröße und der Partikelgrößenverteilung von Materialien. Dabei wird die Intensität des gestreuten Lichts eines Laserstrahls gemessen, während dieser eine dispergierte Partikelprobe durchdringt. Diese Daten werden dann analysiert, um die Größe der Partikel zu berechnen, die das Streumuster erzeugt haben. Drei Hauptelemente sorgen dafür, dass das System die genauen, soliden Partikelgrößenmessdaten, die für den effektiven Betrieb vieler industrieller Prozesse entscheidend sind, konsistent und zuverlässig bereitstellt. 

• Optische Bank – Der Mastersizer 3000 liefert Messungen von 10 nm bis 3,5 mm über einen einzigen Strahlengang und eignet sich damit für eine Vielzahl von Anwendungen. Eine dispergierte Probe durchläuft den Messbereich der optischen Bank, in dem die Partikel mit einem Laser bestrahlt werden. Eine Reihe von Detektoren misst dann präzise über einen weiten Bereich die Intensität des Lichts sowohl langer als auch kurzer Wellenlängen, das durch die Partikel in der Probe gestreut wird. 
  
• Probendispergiereinheiten – Der Mastersizer 3000 bietet eine Auswahl von sechs Zubehörteilen zur Nassdispergierung für die Handhabung einer großen Bandbreite an Probenvolumina und einer Vielzahl von Dispergiermitteln. Ein hochmodernes System zur Trockendispergierung ermöglicht eine schnelle und reproduzierbare Pulverdispergierung, selbst bei empfindlicheren Materialien. Probendispergiereinheiten stellen sicher, dass Partikel in der richtigen Konzentration und in einem geeigneten stabilen Dispergierzustand in den Messbereich der optischen Bank gelangen, um genaue, reproduzierbare Messungen zu gewährleisten. 
  
• Mastersizer-Software – Die Mastersizer 3000-Software erfüllt die wachsende Nachfrage nach benutzerfreundlichen Geräten, die ohne die ständige Einholung einer Expertenmeinung hervorragende Ergebnisse liefern. Die Software steuert das System während des Messvorgangs und analysiert die Streudaten zur Berechnung der Partikelgrößenverteilung. Die intuitive Benutzeroberfläche führt den Benutzer durch alle Phasen des Prozesses, von der Auswahl eines soliden Verfahrens bis hin zu Routinemessungen und Ergebnisberichten. Die integrierte fachkundige Beratung zur Verfahrensleistung und Ergebnisqualität reduziert den Schulungsbedarf und vereinfacht und beschleunigt die Partikelgrößenanalyse.

Wichtigste Anwendungen

Die Fließfähigkeit von Pulver ist wichtig, um die Produktionseffizienz vieler Prozesse aufrechtzuerhalten. Da Inkonsistenzen bei der Pulverzufuhr die Effektivität von Prozessen zur Partikelgrößenreduzierung beeinflussen, kann sich ein inkonsistenter Pulverfluss direkt auf die Qualitätsvariablen eines Produkts auswirken, wie z. B. die Einheitlichkeit des Gehalts pharmazeutischer Darreichungsformen, oder zu Prozessvariabilität führen. Der Pulverfluss ist bei der Herstellung von Sinterprodukten unter Nutzung der additiven Herstellung oder 3D-Druckverfahren ein entscheidender Faktor. In diesem Fall kann ein schlechter Fluss während der Pulverbett-Abscheidung zu Schwankungen der Pulverbettdichte führen. Diese wiederum können Fehler verursachen, die die Festigkeit des fertigen Teils verringern.

Die Analyse von Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung ist entscheidend, um die Fließeigenschaften eines Pulvers zu verstehen: Mithilfe dieser Eigenschaften kann man vorhersagen, wie sich Partikel im Pulver verdichten und aneinanderheften. Pulver mit großer Partikelgröße und enger Größenverteilung weisen in der Regel eine gute Fließfähigkeit auf. Pulver mit einer kleinen Partikelgröße oder einer breiten Partikelgrößenverteilung neigen aufgrund der größeren Kontaktfläche zwischen den Partikeln und weil die feinen Partikel die Hohlräume füllen, zu einer schlechteren Fließfähigkeit. 

Die Packungsdichte von Partikeln beeinflusst den Erfolg vieler Prozesse, einschließlich der Formbefüllung bei der Herstellung von Keramik- und Metallkomponenten, Pulverbeschichtung und der Feststoffbelastung von Suspensionen. Die Art und Weise, wie sich Partikel zusammen verdichten, hängt sowohl mit ihrer Größe als auch mit ihrer Größenverteilung zusammen. Größere Partikel verdichten sich weniger effizient als kleinere, wodurch größere Hohlräume entstehen. Die Erweiterung der Partikelgrößenverteilung führt dazu, dass kleinere Partikel die Räume zwischen größeren Partikeln verdichten können, und verbessert damit die Verdichtungseffizienz. Die Minimierung von Leerräumen ist entscheidend für die Herstellung von einwandfreien Sinterkomponenten. Bei der Pulverbeschichtung ermöglicht die starke Verdichtung ein effizientes Schmelzen bei niedrigeren Temperaturen, wodurch mehr Zeit für Vernetzungsreaktionen zwischen Polymerpartikeln bleibt und eine bessere Oberflächenbehandlung erzielt wird.

Die Partikelverdichtung beeinflusst auch die Rheologie von Suspensionen, vor allem ihre Viskosität. Eine Mischung aus großen und kleinen Partikeln hat aufgrund ihrer höheren Verdichtungseffizienz, einem Phänomen, das zur Steigerung des Feststoffgehalts von Suspensionen wie Farben und Keramik genutzt werden kann, die geringste Auswirkung auf die Viskosität des Systems.  

Die Stabilität der in Branchen wie der Pharma- oder der Lebensmittelindustrie verwendeten und produzierten Suspensionen und Emulsionen ist von Bedeutung, um die Leistungsfähigkeit, Akzeptanz und den Erfolg eines Produkts sicherzustellen.  Zu den Schlüsselelementen gehören Dispersionsstabilität und Schwerkraftabscheidung.

Dispersionsstabilität: Um eine stabile Dispersion zu erreichen, müssen die Adhäsions- und Kohäsionskräfte zwischen den Partikeln innerhalb eines Mediums kontrolliert werden. Diese Kräfte können zu einer Flockung von Emulsionen oder zur Bildung von Agglomeraten in Suspensionen und Pulvern führen. Das Risiko einer schlechten Dispersionsstabilität steigt mit sinkender Partikelgröße und kann sich erheblich auf die Verarbeitung auswirken. Zudem kann sie zu Problemen beim Pulvertransport innerhalb der Fertigungsprozesse oder zu Problemen bei der Endproduktleistung führen, wie z. B. zur Bildung von Agglomeraten, die wiederum Mängel bei Beschichtungen und Lacken verursachen. Die Analyse von Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung wird genutzt, um Risiken für die Dispersionsstabilität zu kontrollieren und Auswirkungen von Stabilitätsproblemen auf die Produktleistung und -akzeptanz zu identifizieren.

Schwerkraftabscheidung: Die verbesserte Stabilität einer Suspension oder Emulsion zur Schwerkraftabscheidung erreicht man durch eine ausgeglichene Anziehungskraft der Partikel, einer Funktion von Partikelgröße und Dichte, mit dem Auftrieb der Suspensionsflüssigkeit, der von der Viskosität abhängt. Bei Emulsionen wird die Partikelgrößenanalyse verwendet, um die Wahrscheinlichkeit des Aufrahmens, für das größere Tröpfchen anfällig sind, zu bewerten und die Stabilität der Flockung und Koaleszenz im Laufe der Zeit zu überwachen. Da die Tröpfchengröße und der Flockungsgrad sich auch auf Eigenschaften wie das Mundgefühl eines Nahrungsmittels oder die Viskosität eines Getränks auswirken können, sollte die Partikelgröße bei der Optimierung und Herstellung von Emulsionsformulierungen routinemäßig gemessen werden.

Auflösungsraten von Materialien werden von der spezifischen Oberfläche der Partikel beeinflusst. Die Erweiterung der spezifischen Oberfläche von Partikeln durch die Verringerung ihrer Größe beschleunigt den Auflösungsvorgang. Diese Korrelation ist besonders bei pharmazeutischen Produkten wichtig, bei denen sich die Auflösung direkt auf die Bioverfügbarkeit eines Wirkstoffs auswirkt. Hersteller von agrochemischen Stoffen und Tensiden müssen auch die Partikelgröße verwalten, um die Auflösungs- und Freisetzungsraten aktiver Komponenten innerhalb einer Formulierung zu kontrollieren.

Die einfache Inhalation ist ein wichtiges Kriterium, sowohl um die Inhalation schädlicher Partikel durch den Menschen zu verhindern als auch um die Abscheidung von Medikamenten in den Atemwegen zu optimieren. Bei allen oral inhalierten und nasalen Arzneimitteln (OINDPs) ist die Partikelgröße ein wichtiger Parameter mit klaren Größenbereichen, die für Abscheidung und Retention in der Nasenhöhle und für das Eindringen in verschiedene Bereiche der Lunge angegeben sind. Im Gegensatz dazu müssen Hersteller von Produkten wie Reinigungsmitteln und Haarsprays Feinteile kontrollieren, um eine Inhalation zu verhindern. An dieser Stelle ist eine Partikelgrößenanalyse für Sicherheitstests unerlässlich. 

Reaktionsraten in Feststoffsystemen sind häufig eine Funktion der spezifischen Oberfläche der beteiligten Partikel. Je feiner die Partikel, desto größer ihr Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was zu höheren Reaktionsraten führt. Das ist ein wichtiger Punkt in Branchen wie der Zementindustrie, in denen die Partikelgröße die Geschwindigkeit der Härtung von Zementprodukten und die Katalysatorproduktion beeinflusst. Dort muss die Partikelgröße angepasst werden, um die Reaktionsraten zu optimieren oder die effektive Spülung von Schadstoffen sicherzustellen. 

Optische Eigenschaften wie die Lichtstreufähigkeit von Partikeln werden von Lack-, Beschichtungs- und Farbstoffherstellern genutzt. Die Art und Weise, wie ein Partikel Licht streut, hängt von seiner Größe ab. Daher beeinflusst die Änderung der Partikelgröße in einer Oberflächenbeschichtung Leistungsparameter wie Farbton und Farbtonstärke, Produktabdeckung und Glanz.

Die Verbraucherwahrnehmung von Produkten wie Lebensmitteln wird häufig durch die Partikelgröße beeinflusst. Beispielsweise beeinflusst die Partikelgröße von Kaffee, also sein Mahlgrad, sowohl den freigesetzten Geschmack als auch die für die Zubereitung erforderliche Zeit. Eine feine Partikelgröße in Schokolade sorgt für ein sanftes Mundgefühl, das häufig einer körnigen Textur vorgezogen wird.

Spezifikation

Allgemein

Partikelgröße	Suspensionen, Emulsionen, Trockenpulver
Prinzip	Laserlichtstreuung
Analyse	Mie- und Fraunhofer-Streuung
Datenerfassungsrate	10 kHz
Typische Messzeit	<10 s
Abmessungen (B, T, H)	690mm x 300mm x 450mm
Gewicht	30 kg

Optiken

Rote Lichtquelle	Max. 4 mW He-Ne; 632,8 nm
Blaue Lichtquelle	Max. 10 mW LED, 470 nm
Linsenanordnung	Inverser Fourier-Aufbau (konvergenter Strahl)
Effektive Brennweite	300 mm

Detektor

Anordnung	Kanäle in logarithmischem Abstand
Winkelbereich	0,015 - 144 Grad
Justierung	Automatisch

Größe

Partikelgröße	0,01 - 3500 µm *
Anzahl der Größenklassen	100 (kann vom Benutzer eingestellt werden)
Messgenauigkeit	Besser als 0,6 % **
Präzision / Wiederholbarkeit	Weniger als 0,5 % Abweichung *
Reproduzierbarkeit	Weniger als 1% Abweichung *

Software

21 CFR Part 11	Mit Betriebsmodus zur Unterstützung bei der Erfüllung von ER/ES-Anforderungen

System-Compliance

Lasersicherheit	Class 1, IEC60825-1:2007 and CFR Chapter I: Sub-chapterJ: Part 1040 (CDRH)
Vorgeschriebene Prüfungen	Entspricht RoHS und WEEE Entspricht CE/FCC Erfüllt die Anforderungen der European Low Voltage Richtlinie

System

Versorgung	100/240 v, 50/60 Hz 50W (ohne angeschlossene Dispergiereinheit) 200W Maximum (2 Dispergiereinheiten angeschlossen)
Luftfeuchtigkeit	80 % max. für Temperaturen bis 31 °C, linear abnehmend auf 50 % bei 40 °C. Nicht kondensierend
Arbeitstemperatur (°C)	+5 °C bis +40 °C
Lagertemperatur des Produkts	-20 °C bis +50 °C
IP Überlastungsschutz (IP)	IP41B

Hinweis:

*	Abhängig von Probe und Probenvorbereitung
**	Genauigkeit definiert für die Messung monomodaler Latex-Standards. Diese Spezifikation gilt unter Berücksichtigung der Produktionsschwankungen bei der Größe der Latex Standards. Abhängig von Probe und Probenvorbereitung.
Patente	Die optische Bank des Mastersizer 3000 ist durch folgende Patente geschützt; US6,778,271 und zugehörige Einreichungen; GB2,340,932; zusammen mit Patenten auf der Basis von Anwendungen WO2013038161, WO2013038160 und WO2013038159. Hydro MV und LV geschützt durch EP1167946A2 und zugehörige Einreichungen.