Partikelcharakterisierung
Die Partikelcharakterisierung ist ein wesentliches Verfahren in der Materialwissenschaft und in vielen industriellen Anwendungen. Dabei werden verschiedene Eigenschaften von Partikeln wie Größe, Dichte, Oberfläche und Konzentration analysiert und bestimmt. Diese Informationen sind entscheidend für das Verständnis und die Optimierung von Materialien und Prozessen.
Für die Analysen ihrer Fragestellung zur Partikelcharakterisierung nutzen wir die innovativen Technologien und Geräte der LUM GmbH. Mit ihren fortschrittlichen Lösungen liefern wir Ihnen präzise und zuverlässige Ergebnisse, die Ihnen helfen, Ihre Materialien und Prozesse effizienter zu gestalten.
Median, Mittelwert und kumulative/Dichte-Verteilung
- Partikelgrößenverteilung mittels STEP-Technologie®
in Suspensionen, gemäß ISO 13317 / 13318-2 mit LUMiSizer® analytische Fotozentrifuge und LUMiReader® PSA,
typische Partikelgrößen von 10 nm bis 30 µm bzw. 500 nm bis 300 µm - Partikelgrößenverteilung mittels Laserbeugung
in Suspensionen, Anwendung von Mie- und Fraunhofer-Theorie
typische Partikelgrößen von 0,1 µm bis 1200 µm - Partikelgrößenverteilung mittels Laserlichtstreuung
in Suspensionen, durch Einzelpartikel-Lichtstreu-Analysator
typische Partikelgrößen von 0,2 µm bis 2 µm
Effektive Dichte, Skelettdichte, Dichteverteilung
Die Bestimmung der effektiven Dichte suspendierter Nano- und Mikroteilchen ist ein zentrales Verfahren in der Materialwissenschaft. Mithilfe spezieller Sedimentationsanalyseverfahren können wir die Dichteverteilung dieser Partikel präzise analysieren. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist die Ermittlung der Partikelmigrationsgeschwindigkeit in kontinuierlichen Phasen mit unterschiedlichen Dichten.
Diese präzisen Methoden zur Bestimmung der effektiven Dichte tragen wesentlich zum Verständnis der Materialeigenschaften und zur Optimierung von Prozessen bei. Durch die genaue Charakterisierung der Dichteverteilung können wertvolle Einblicke in die Struktur und Funktionalität der Materialien gewonnen werden, was wiederum zur Entwicklung effizienterer und leistungsfähigerer Produkte beiträgt.
Zur Bestimmung der effektiven Dichte gibt es zwei bewährte methodische Vorgehensweisen:
- Methode der Isopyknischen Interpolation
Im Schwebezustand entspricht die Partikeldichte exakt der Dichte des flüssigen Suspensionsmediums, gemäß dem Archimedes-Prinzip. Bei dieser Methode werden die Teilchen in verschiedenen Lösungen mit Dichten, die knapp oberhalb und unterhalb der erwarteten Teilchendichte liegen, dispergiert. Durch die Bestimmung der Richtung und des Betrags der Geschwindigkeit der sich bewegenden Teilchen kann die effektive Teilchendichte ermittelt werden. Dies erfolgt durch die Interpolation der Flüssigkeitsdichte auf den Punkt, an dem die Partikelgeschwindigkeit null ist.
- Methode der Multiplen Geschwindigkeiten
Die Methode der Multiplen Geschwindigkeiten (englisch: Multiple Velocity Method) wird in der Physik verwendet, um die effektive Dichte von Partikeln zu bestimmen. Dabei wird die mittlere effektive Teilchendichte aus den experimentell ermittelten Separationsgeschwindigkeiten der Teilchen berechnet. Die Partikel werden in zwei oder mehr Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte, wie beispielsweise H₂O, D₂O und deren Mischungen, dispergiert. Mithilfe der Stokes-Gleichung wird aus den gemessenen Geschwindigkeiten die effektive Dichte der Partikel bestimmt.
Grundprinzip: Die Methode basiert darauf, die Geschwindigkeit eines Objekts in einem Medium zu messen und diese Messungen mit verschiedenen Werten der densitätsbestimmenden Größen (z.B. Masse oder Volumen) zu kombinieren, um die Dichte zu berechnen.
Vorgehen:
- Die Geschwindigkeit des Objekts wird gemessen, während es sich durch das Medium bewegt.
- Diese Messung wird für verschiedene Werte der densitätsbestimmenden Größe wiederholt (entweder verschiedene Massen bei konstantem Volumen oder verschiedene Volumina bei konstanter Masse).
- Aus den aufgezeichneten Geschwindigkeiten bei verschiedenen Massen oder Volumina können Beziehungen abgeleitet werden, um die Dichte zu berechnen.
Berechnung der Dichte: Durch die Aufzeichnung einer Reihe von Geschwindigkeiten bei verschiedenen densitätsbestimmenden Größen kann eine Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Dichte aufgestellt werden. Diese Beziehung wird analysiert, häufig durch Regression, um die Dichte des Objekts zu bestimmen.
Hansen - Dispergierbarkeits - Parameter
Zur Charakterisierung der Oberflächeneigenschaften von Partikeln wird das Verfahren der Hansen-Solubility-Parameter (HSP) eingesetzt. Die HSP-Theorie basiert auf dem Prinzip "Gleiches sucht Gleiches".
Der Hansen-Parameter, der in neueren Veröffentlichungen auch als Hansen Dispergierbarkeits-Parameter bezeichnet wird, findet in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen und Industrien Anwendung, um die Dispergierbarkeit und Benetzbarkeit von Partikeln sowie die Adsorptionseigenschaften ihrer Oberflächen zu untersuchen. Dabei werden die Parameter δD (Dispersionskraft), δP (Polarität) und δH (Wasserstoffbrückenbindung) für die dispergierten Partikel bestimmt.
Zur Dispergierung der Partikel werden Testlösungsmittel aus dem 3D-Hansen-Raum als kontinuierliche Phasen verwendet.
Die Separationskinetik der Partikel wird in jeder Testflüssigkeit mittels der STEP-Technologie bestimmt und basierend auf dem Verhalten der Partikel – wie gute oder schlechte homogene Verteilung sowie dem Ausmaß der Agglomeration oder Ausflockung – werden die Testlösungsmittel in die Kategorien "gut" oder "schlecht" eingestuft.
Zur Bewertung, Klassifizierung sowie zur Berechnung der Hansen-Dispergierbarkeits-Parameter der Partikel werden die erhaltenen Daten mit der HSPiP-Software ausgewertet.
Partikelanzahl pro Volumen
- Bestimmung der Partikelzahl in Suspensionen nach dem Coulter-Prinzip,
Coulter Counter, typische Partikelgrößen im Bereich von 1 µm bis 50 µm - Bestimmung der Partikelzahl in Suspensionen durch Laserlichtstreuung,
Einzelpartikel-Streulicht-Analysator, typische Partikelgröße im Bereich von 150 nm bis 2 µm