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Partikelgrößenanalyse

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Die Partikelgrößenanalyse ist ein Teilgebiet der mechanischen Verfahrenstechnik und eng gekoppelt mit der Werkstoffkunde. Sie beschäftigt sich mit der Charakterisierung disperser Systeme bzgl. Partikelgröße. Diese Materialeigenschaft ist in der Regel statistisch verteilt und bei einigen Systemen zeitabhängig. Primäres Ziel der Partikelgrößenanalyse ist zumeist die Bestimmung der vorherrschenden Partikelgrößenverteilung, wobei unter Partikel ein festes Teilchen (Korn), flüssiges Teilchen (Tropfen) oder eine Gasblase verstanden werden kann. Weitere Bezeichnungen für die Partikelgrößenanalyse sind: Dispersitäts-, Korngrößen- Tropfengrößen-, Blasengrößen- und Teilchengrößenanalyse sowie Granulometrie, wobei letzteres eine deutlich umfassender Charakterisierung disperser Systeme über die Partikelgröße hinaus umfasst (siehe Partikelmesstechnik).

Die Partikelgrößenanalyse besitzt im industriellen Bereich eine hohe Bedeutung, da sich Partikeleigenschaften entscheidend auf die Eigenschaften eines Produktes auswirken. Beispielsweise spielt die Partikelgröße eine wichtige Rolle, wenn das Fließverhalten eines Schüttguts oder die Stabilität von Haufwerken beurteilt werden soll.[1] Hingegen umfasst die Partikelgrößenanalyse nicht das Fachgebiet der Elementarteilchen-Physik.

Einleitung

Im Bereich der Mechanischen Verfahrenstechnik bedeutet eine Stoffumwandlung vor allem eine Änderung des Dispersitätszustandes, das heißt der Feinheit eines dispersen Systems. Zerkleinerungs- und Agglomerationsverfahren verändern die physikalischen Eigenschaften der erzeugten Produkte über ihre Partikelgrößenverteilung. Beeinflusst werden unter anderem die Bruchfestigkeit, die Durchströmbarkeit und viele andere Eigenschaften.

Ziel

Die oben geschilderten Zusammenhänge führen nach Rumpf[2] zur folgenden Beschreibung des Umfangs der Partikelgrößenanalyse:

Die Produkteigenschaften hängen von den Dispersitätseigenschaften ab, d. h., eine Produkteigenschaft ist eine Funktion der Dispersitätseigenschaft.

Dieser als Eigenschaftsfunktion bezeichnete Zusammenhang zeigt, dass neben der Messung der Produkteigenschaften wie zum Beispiel der Durchströmbarkeit auch deren Abhängigkeit von den Dispersitätseigenschaften untersucht werden muss. Die Partikelgrößenanalyse ist somit ein Teilbereich der Partikelmesstechnik der sich speziell auf die Messung von Dispersitätseigenschaften fokussiert.

Anwendungsgebiete

Allgemeine Anwendungsgebiete

Die Partikelgrößenanalyse findet ihren Einsatz u. a. in der Prozesscharakterisierung (z. B.: Zerkleinerung, Agglomeration), in der Qualitätssicherung von Produkten (z. B.: Filter, Pigmente) als auch in der Überwachung der Umwelt (z. B.: Feinstaub), technischer Anlagen (z. B.: Reinräume) und Anlagenteile (z. B.: Filter, Fliehkraftabscheider). In der Forschung und Entwicklung wird die Partikelgrößenanalyse zur Bestimmung von Produkt-Eigenschaftsfunktionen und zur Prozessoptimierung verwendet.

Produkteigenschaftsfunktion

Die Qualität von Schokolade, welche ein komplex-disperses-System heterogen verteilter Komponenten darstellt, hängt u. a. von der Feinheit des Kakaopulvers und der Zuckerkristalle in der Kakaobutter ab. Überschreiten die dispersen Bestandteile in der Schokolade eine entsprechende Partikelgröße, sind diese unangenehm auf der Zunge spürbar.

Freisetzungsdauer im menschlichen Körper von medizinischen Wirkstoffen oder der Trägerstoffe wird grundlegend durch die Feinheit dieser bestimmt.

Verfahren

Messverfahren für die Partikelgrößenanalyse basieren primär auf den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der zu analysierenden Partikelsysteme. Abhängig von der Partikelgröße, der vorherrschenden kontinuierlichen Phase und der Partikelkonzentration werden daher unterschiedliche Messverfahren eingesetzt.

Größenbereich Konzentrationsbereich Verfahren
Aerosol 0,3 µm bis 40 µm Photosedimentation[3]
Aerosol 0,005 µm bis 1 µm ≤ 50.000 cm−3 Kanal−1 elektrische Mobilitätsanalyse
Aerosol 0,005 µm bis 3 µm und größer ≤ 50.000 cm−3 Kondensationskernzählung
Aerosol Impaktionsabscheidung
Aerosol 0,3 µm bis 3 mm Laserbeugung
Emulsion Schalldämpfungsspektroskopie[4]
Schüttgut Siebanalyse
Schüttgut ≥ 1 µm Lichtmikroskopie
Suspension 0,3 µm bis 3 mm Laserbeugung
Suspension dynamische Lichtstreuung
Suspension ≥ 1 µm Lichtmikroskopie
Suspension Photosedimentation[3]
Suspension Ultraschalldämpfungsspektroskopie[5]

Siehe auch

Literatur

Einzelnachweise

  1. Matthias Stiess: Mechanische Verfahrenstechnik – Partikeltechnologie 1. 3. vollst. neu bearb. Aufl., Springer, 2009, ISBN 978-3-540-32551-2., S. XII.
  2. Hans Rumpf: Über die Eigenschaften von Nutzstäuben. In: Staub – Reinhaltung der Luft. 27, Nr. 1, 1967, S. 3–13.
  3. 3,0 3,1 Skoog, D. A.; Holler, F. J.; Crouch, S. R.: Instrumentelle Analytik., 6. Auflage, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, 2013, ISBN 978-3-642-38169-0, S. 931–934,
  4. Frank Babick: Schallspektroskopische Charakterisierung von submikronen Emulsionen. Dissertation, Technische Universität Dresden, 2005 (PDF).
  5. Andreas Richter: Ultraschalldämpfungsspektroskopie grobdisperser Systeme. Dissertation, Technische Universität Dresden, 2008 (PDF).


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