Laserbeugung ist eine weit verbreitete Technik zur Partikelgrößenmessung für Materialien mit einer Größe von mehreren Hundert Nanometern bis zu mehreren Millimetern. Die Hauptgründe für den Erfolg dieser Technik sind:
- Breiter dynamischer Bereich - vom Submikrometer- bis zum Millimeterbereich
- Schnelle Messungen - Ergebnisse in weniger als einer Minute
- Wiederholbarkeit - bei jeder Messung werden große Mengen von Partikeln gemessen
- Sofortiges Feedback - Überwachung und Steuerung des Partikeldispergierprozesses
- Hoher Probendurchsatz - Hunderte von Messungen pro Tag
- Keine Kalibrierung erforderlich – einfache Verifizierung mit Standardreferenzmaterialien.
- Etablierte Technik - erfüllt ISO13320 (2020)
Aus diesen Gründen entwickelt sich die Laserbeugung derzeit in vielen Industriesektoren zum Standardverfahren für die Partikelgrößenbestimmung. Sie ist schneller, einfacher und ermöglicht eine bessere Auflösung als herkömmliche Größenmesstechniken wie die Siebanalyse.
Prinzipien der Laserbeugung
Bei der Laserbeugung werden Partikelgrößenverteilungen durch Messung der Winkelabhängigkeit der Intensität von gestreutem Licht eines Laserstrahls, der eine dispergierte Partikelprobe durchdringt, ermittelt.
Große Partikel streuen Licht in kleinen Winkeln relativ zum Laserstrahl, während kleine Partikel zu großen Streuwinkeln führen. Die Daten der winkelabhängigen Streulichtintensität werden analysier und sind die Basis zur Berechnung der Größe der Partikel, die für das Beugungsmuster verantwortlich sind. Dabie wird die Mie-Theorie genutzt.
Es werden dabei die Durchmesser von Kugeläquivalenten ausgegeben.
Optische Eigenschaften
Bei der Laserbeugung wird die Mie-Theorie der Lichtstreuung zur Berechnung der Partikelgrößenverteilung verwendet. Dabei wird ein volumengleiches Kugelmodell angenommen.
Für die Anwendung der Mie-Theorie ist sowohl die Kenntnis der optischen Eigenschaften der gemessenen Probe (Brechungsindex und imaginärer Anteil) als auch der Brechungsindex des Dispergiermittels erforderlich. Meist sind die optischen Eigenschaften des Dispergiermittels problemlos Veröffentlichungen zu entnehmen und viele moderne Geräte sind mit integrierten Datenbanken ausgestattet, die häufig verwendete Dispergiermittel enthalten. Bei Proben, deren optische Eigenschaften nicht bekannt sind, kann der Benutzer diese entweder messen oder einen iterativen Ansatz verfolgen, indem die Annäherung der modellierten Daten und den tatsächlich für die Probe gemessenen Daten ausgewertet wird.
Ein vereinfachter Ansatz ist die Fraunhofer-Näherung, für die keine Kenntnisse der optischen Eigenschaften der Probe erforderlich sind. Für große Partikel können damit genaue Ergebnisse gewonnen werden. Bei der Arbeit mit Proben, die Partikel mit einer Größe von weniger als 50 µm oder relativ transparente Partikel enthalten können, ist diese Methode jedoch mit Vorsicht zu genießen.
