Określanie rozkładu wielkości cząstek za pomocą analizy sitowej

Dla wielu firm produkcyjnych pomiar wielkości cząstek i zrozumienie, w jaki sposób wpływa on na produkty i procesy, ma kluczowe znaczenie w osiągnięciu sukcesu. Wielkość cząstek ma wpływ na właściwości materiału, takie jak: zdolność do płynięcia i przemieszczania się (w przypadku materiałów sypkich), reaktywność, ścieralność, rozpuszczalność, zdolność do ekstrakcji i reakcji, smak, ściśliwość i wiele innych. Określanie rozkładu wielkości cząstek to technika laboratoryjna uznana w wielu różnych branżach, między innymi spożywczej, budowlanej, tworzyw sztucznych, kosmetycznej i farmaceutycznej. Najważniejszą metodą oceny rozkładu wielkości cząstek materiału ziarnistego jest analiza sitowa (lub test gradacji).
Dlaczego pomiar wielkości cząstek jest ważny?
Skuteczność leków, smak czekolady, wytrzymałość betonu − to tylko kilka przykładów właściwości fizycznych i chemicznych materiałów, na które wpływa wielkość cząsteczek. Rozkład wielkości cząstek ma wpływ na wiele właściwości materiałów:
• płynięcie i przemieszczanie się;
• reaktywność lub szybkość rozpuszczania;
• smak, wygląd i okres przydatności;
• ścieralność lub odporność na zużycie;
• rozpuszczalność, mieszalność, zdolność do filtracji;
• zachowanie podczas ekstrakcji i reakcji;
• ściśliwość;
• stabilność w zawiesinie;
• właściwości izolacyjne i absorpcyjne ...i wiele innych.

Analiza wielkości cząstek jest zatem niezbędna w wielu branżach do optymalizacji procesów technologicznych oraz zapewnienia jakości i bezpieczeństwa produktów końcowych. Kontrola jakości obejmuje wszystkie etapy procesu produkcyjnego: od surowców przez półprodukty na linii produkcyjnej aż po gotowy produkt. Dobra kontrola jakości pomaga firmom sprostać wymaganiom konsumentów, którzy oczekują lepszych produktów.

Branże i przykłady zastosowań
Materiały budowlane
Rozkład wielkości cząstek w kruszywach budowlanych ma kluczowe znaczenie, ponieważ decyduje o ich jakości i zastosowaniach w budownictwie. Przykłady aplikacji to analiza jakości oraz klasyfikacja kruszyw, minerałów, cementu itp. Kruszywa grube i drobne do materiałów budowlanych, takie jak piasek, żwir, kamień kruszony, beton z recyklingu i szkło, są stosowane jako wypełniacze w zaprawach oraz mieszankach betonowych lub asfaltowych. Wpływają na zdolność do płynięcia, segregację i reologię zawiesiny, a tym samym na jakość i właściwości produktu końcowego.
Branża spożywcza
Wielkość i kształt cząstek w żywności wpływa na smak, aromat i konsystencję produktów spożywczych, a także na ich właściwości odżywcze i pokarmowe. Wielkość cząstek jest ważna nie tylko w produkcie końcowym, ale także w surowcach, takich jak składniki ciasta lub mieszanki curry, mąka, mielone ziarna, nasiona, przyprawy i inne.
Ochrona środowiska, recykling, geologia i górnictwo
Wielkość cząstek wpływa na szybkość przemieszczania się płynów w glebie, żwirze, kompoście i innych podłożach.
Typowe zastosowania:
• Klasyfikacja iłu, gleby, piasku, żwiru i innych materiałów spotykanych w budownictwie i w kamieniołomach
• Klasyfikacja węgla i rud w kopalniach
• Oceny oddziaływania na środowisko, melioracje wodne
• Dobór materiału wypełniającego do budowy zapór, nasypów ziemnych i podbudów drogowych
• Wydawanie rekomendacji dotyczących składników odżywczych i odwadniania upraw rolnych
Branża chemiczna
Pole powierzchni cząstki wpływa na szybkość jej reakcji chemicznych. Znajomość rozkładu wielkości cząstek jest zatem ważna w celu zaplanowania eksperymentu lub chemicznego wytwarzania produktu.
Typowe zastosowania:
• Płynięcie i przemieszczanie się materiałów masowych i granulatów
• Kontrola jakości przyjmowanych surowców, np. wielkość cząstek tworzyw sztucznych w powszechnie dostarczanych postaciach proszku, granulatu lub peletu
• Proszki do formowania rotacyjnego muszą mieć akceptowalne właściwości cząstek, aby można je było stosować i formować rotacyjnie
Branża kosmetyczna
Produkty kosmetyczne zawierają emulsje i cząstki stałe, które muszą mieć określony rozkład w celu uzyskania pożądanego pokrycia i właściwości. Cząstki wpływają również na wygląd, stabilność i wartość ochronną kosmetyków do makijażu, środków nawilżających, pudrów, filtrów przeciwsłonecznych, balsamów, kremów i innych produktów. Analiza wielkości cząstek i charakterystyki umożliwia producentom z branży kosmetycznej opracowywanie produktów spełniających wymogi prawne i standardy marki w celu uzyskania produktu wysokiej jakości.
Branża farmaceutyczna
Charakteryzowanie cząstek składników leków, produktów leczniczych i substancji pomocniczych jest ważnym etapem w badaniach i rozwoju, produkcji oraz kontroli jakości produktów farmaceutycznych. Od wielkości i kształtu cząstek leków w postaci stałej lub zawiesiny zależy kilka właściwości, w tym: szybkość rozpuszczania i wchłaniania,
• równomierność dawkowania,
• stabilność.
W branży farmaceutycznej do określania wielkości cząstek najczęściej stosuje się dyfrakcję laserową. Podczas analizy proszków do cząstek o większych rozmiarach (>50 μm) często stosuje się sita.
Branża petrochemiczna
Analizy wielkości cząstek i charakterystyki wykonuje się w przypadku wielu surowców stosowanych w branży petrochemicznej, między innymi benzyny, oleju, smarów, destylatów i paliw alternatywnych. Wielkość cząstek w znacznym stopniu wpływa na właściwości materiałów, z których wytwarzane są produkty petrochemiczne, takie jak tworzywa sztuczne, gumy, żywice, włókna syntetyczne, kleje, barwniki, detergenty, pestycydy oraz farby i powłoki ropopochodne.
Metody analizy wielkości cząstek
Popularne metody analizowania rozkładu wielkości cząstek
Do pomiaru rozkładu wielkości cząstek można stosować różne metody i procedury. Wybór metody zależy od materiału próbki, oczekiwanej wielkości cząstek i zakresu badania.
Metody:
• Bezpośrednia analiza obrazu, statyczna (SIA) lub dynamiczna (DIA)
• Statyczne rozpraszanie światła (SLS), zwane również dyfrakcją laserową (LD)
• Dynamiczne rozpraszanie światła (DLS)
• Analiza sitowa
Analiza sitowa to metoda tradycyjna. Cząstki stałe o rozmiarach od 125 mm do 20 μm można mierzyć szybko i sprawnie przy użyciu standardowych sit testowych.
Bezpośrednia analiza obrazu pozwala określić właściwości fizyczne poszczególnych cząstek (wielkość, kształt i morfologię powierzchni).
Statyczna analiza obrazu (SIA) jest stosowana głównie w pracach badawczo-rozwojowych. Pozwala uzyskać obrazy o najwyższej jakości i rozdzielczości, ale jest czasochłonna.
Dynamiczna analiza obrazu (DIA) jest bardzo szybką, nowoczesną metodą badania cząstek o rozmiarach większych niż 1 μm. Idealnie nadaje się do rutynowych pomiarów proszków, granulatów i pastylek, a także cząstek w zawiesinie. W wielu branżach DIA zastąpiła już tradycyjną analizę sitową w kontroli jakości, zwłaszcza w branży farmaceutycznej.
Statyczne rozpraszanie światła (SLS) lub dyfrakcja laserowa (LD) opiera się na pomiarze
kąta dyfrakcji światła laserowego na cząstkach rozproszonych w cieczy lub w strumieniu powietrza. Pomiar może być wykonywany automatycznie i jest bardzo szybki. Ta metoda jest odpowiednia do cząstek o rozmiarach od 10 nm do 4 mm, co obejmuje bardzo szeroki zakres zastosowań. Jest to, obok konwencjonalnej analizy sitowej, najpowszechniej stosowana metoda określania rozkładu wielkości cząstek, szczególnie przydatna do analizy składników czynnych leków (API) i substancji pomocniczych.
Dynamiczne rozpraszanie światła (DLS) jest najczęściej stosowaną techniką pomiarową do analizy wielkości cząstek w zakresie nanometrów. Jest to optyczna metoda określania wielkości cząstek w rozproszonej próbce poprzez obserwację zmian natężenia światła rozproszonego w czasie.
Analiza sitowa. Metoda tradycyjna
Zalety analizy sitowej to łatwość użycia, niskie koszty inwestycyjne, dokładne i odtwarzalne wyniki w stosunkowo krótkim czasie oraz możliwość rozdzielenia frakcji o różnej wielkości cząstek.
Inwestycja w wagę precyzyjną XPR lub XSR oraz oprogramowanie LabX szybko się zwraca.

www.mt.com/xpr-precision