Una guía para el diámetro esférico equivalente para la medición de partículas
Entendiendo el diámetro esférico equivalente: Definición, importancia y usos en la medición del tamaño de partículas
Aprende sobre la teoría del equivalente esférico, diferentes tipos de medición y los instrumentos que necesitas para una medición exitosa de partículas
Las propiedades físicas de los materiales particulados pueden influir en una amplia gama de comportamientos del material, incluyendo tasas de reacción y disolución, la facilidad con la que los ingredientes fluyen y se mezclan, o la compresibilidad y abrasividad. Pero medir las dimensiones de las partículas no siempre es simple. Las partículas son objetos tridimensionales, y a menos que sean esferas perfectas (por ejemplo, emulsiones o burbujas), no pueden ser descritas completamente por una sola dimensión como un radio o diámetro. Por lo tanto, existen muchas formas de expresar el tamaño de partículas, como el tamaño de malla y las fracciones de tamiz.
Un método que simplifica el proceso de medición y simplifica las comparaciones del tamaño de partículas entre varios materiales – sin tener que usar modelos tridimensionales complicados – es el diámetro esférico equivalente.
En este blog, explicaremos cómo funciona el diámetro esférico equivalente, incluyendo cómo el equivalente esférico difiere de otras métricas de tamaño de partículas y cuándo elegir el análisis de imágenes en su lugar
¿Qué es el diámetro esférico equivalente en el análisis del tamaño de partículas?
El diámetro esférico equivalente describe el tamaño de la partícula al convertir una propiedad medida específica de una partícula en el diámetro de una esfera hipotética que daría la misma medición. Las propiedades comunes usadas para calcular equivalentes esféricos incluyen:
- Volumen
- Área de superficie
- Velocidad de asentamiento
- Intensidad de dispersión de luz o patrón de difracción
La propiedad definitoria varía con la técnica de medición utilizada; la variedad de técnicas de medición de partículas disponibles significa que diferentes mediciones pueden producir diferentes resultados para la misma muestra.
¿Qué tipos de mediciones de diámetro esférico equivalente existen?
A continuación se presentan algunas de las formas más comunes de medir el diámetro equivalente de la esfera, y los instrumentos relevantes.
| Diámetro esférico | Técnica | Instrumento |
|---|---|---|
| Diámetro equivalente de volumen | Difracción láser | Mastersizer 3000+ |
| Diámetro de área de superficie | Área de superficie BET | Micromeritics TriStar II Plus |
| Diámetro hidrodinámico (velocidad de difusión) | Dispersión dinámica de luz | Zetasizer Advance |
| Diámetro de Stokes (densidad y velocidad de asentamiento) | Sedimentación | Micromeritics Sedigraph |
¿Qué medición de diámetro esférico equivalente debo usar?
Al seleccionar qué diámetro esférico equivalente usar, la decisión se reduce a qué comportamiento físico es más importante para tu aplicación. Esto también influye en cómo resumes una distribución de tamaño como un único valor medio – por ejemplo, eligiendo entre valores D[3,2] y D[4,3].
| Diámetro esférico | Más importante para | Aplicaciones clave |
|---|---|---|
| Diámetro equivalente de volumen | Detectar material sobredimensionado Siguiendo procesos de dispersión o molienda Comprender el empaque de partículas | Farmacéuticos Cementos Minerales y minería Pigmentos y recubrimientos Materiales de baterías |
| Diámetro de área de superficie | Tasa de disolución Reactividad Catálisis Adsorción Recubrimiento | Entrega de medicamentos Catalizadores |
| Diámetro hidrodinámico (velocidad de difusión) | Medir nanopartículas donde la sedimentación y el tamizado no son prácticos Monitorizar la agregación durante la formulación o el almacenamiento | Nanopartículas Entrega de medicamentos Evaluación de estabilidad coloidal |
| Diámetro de Stokes (densidad y velocidad de asentamiento) | Cuando las partículas se separan bajo gravedad o fuerza centrífuga Filtración Sedimentación Clasificación | Procesamiento de minerales Pigmentos Cemento |
¿Cómo se diferencia el equivalente esférico de otras métricas de tamaño de partículas?
Al reportar una dimensión para una partícula tridimensional, el diámetro esférico equivalente se ve afectado tanto por el tamaño como por la forma de la partícula.
El análisis de imágenes permite que se reporten múltiples parámetros para cada partícula, describiendo el tamaño y forma de las partículas con más detalle, por ejemplo:
- El diámetro de Feret (o diámetro feret máximo) es la distancia más lejana entre dos puntos cualquiera en una partícula. Para una partícula esférica sería lo mismo que el diámetro esférico equivalente, pero a medida que las partículas se vuelven irregulares estos valores comenzarán a diferir.
- La longitud y el ancho de la partícula son particularmente útiles para comprender el comportamiento de las partículas en forma de aguja. La relación de aspecto es un parámetro adimensional derivado de la longitud y el ancho, un cubo tiene una relación de aspecto de 1 mientras que una partícula en forma de aguja tiene una relación de aspecto cercana a cero.
- La mayoría de las técnicas de imagen también reportarán un diámetro equivalente circular o esférico que es útil para comparación con técnicas como la difracción láser.
El caso a favor y en contra de usar diámetros esféricos equivalentes
El concepto de equivalente esférico funciona muy bien para observar cambios a granel en el tamaño de las partículas y para comparar materiales de forma similar. Sin embargo, puede que no siempre sea la mejor solución para partículas de forma altamente irregular, como agujas o placas. Para partículas altamente irregulares, pueden ocurrir efectos como el ensanchamiento de la distribución del tamaño de partículas.
Cuando la forma de la partícula es importante, soluciones de imágenes como Morphologi 4 pueden ser más apropiadas. Sin embargo, muchos flujos de trabajo analíticos modernos usan ambos, con el diámetro esférico equivalente para un dimensionamiento cuantitativo rápido y el análisis de imágenes para la validación morfológica o la solución de problemas de comportamiento anómalo.
Por ejemplo, el Grupo Jan De Nul, un líder en el mercado mundial en dragado y construcción marina, utilizó tanto los instrumentos Mastersizer como Morphologi para una caracterización eficiente de partículas de arena.
Conclusión
Seleccionar el mejor tipo de medición para tu aplicación requiere una comprensión de las diferentes técnicas de diámetro esférico equivalente. Comienza definiendo tu objetivo, desde detectar aglomerados hasta monitorizar tasas de disolución. Te ayudaremos a encargarte del resto.
Diámetro esférico: Preguntas frecuentes (FAQs)
Entender el diámetro esférico equivalente no tiene por qué ser complicado. Aquí están las respuestas a algunas preguntas frecuentes sobre el diámetro esférico.
¿Qué es un diámetro equivalente?
El Diámetro Esférico Equivalente, también conocido como teoría del equivalente esférico, es el diámetro de una esfera que produciría los mismos resultados que una partícula de forma irregular utilizando una técnica analítica específica. El diámetro esférico equivalente depende de la técnica ya que cada una mide una propiedad física diferente de la partícula.
¿Qué es el diámetro de Stokes?
El diámetro de Stokes (Dst) es el diámetro de una esfera que se asentaría a través de un fluido viscoso a la misma velocidad terminal que la partícula que se está midiendo. Esto se mide a través de sedimentación y es más adecuado para partículas aproximadamente equidimensionales en el rango de 1–100 µm. Debido a que se basa en el comportamiento hidrodinámico más que en la geometría, las partículas irregulares generalmente reportan un diámetro de Stokes más pequeño que sus dimensiones reales, ya que las formas no esféricas experimentan una mayor resistencia que una esfera equivalente.
¿Por qué obtengo diferentes diámetros esféricos equivalentes para la misma muestra?
Cada técnica mide una propiedad física diferente de la partícula y relaciona eso con el tamaño de la partícula, por lo que cada técnica reportará un resultado ligeramente diferente. El portafolio de Malvern Panalytical ofrece soluciones para todas las variantes comunes de diámetro esférico equivalente:
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