Описание и области применения
Анализаторы размера и формы частиц предназначены для точного измерения физических характеристик – размера, формы и оценки физико-химических свойств, таких как дзета-потенциал. Эти устройства востребованы в различных областях науки и промышленности, включая химию, пищевое производство, косметологию, медицину, металлургию, биологию и фармацевтику.
Использование анализаторов позволяет контролировать процессы синтеза, оценивать качество готовой продукции, проверять безопасность ингредиентов и оптимизировать технологические процессы на всех этапах производства.
Понятие частицы и нюансы измерений
Частица представляет собой небольшой локализованный объект, обладающий определёнными физико-химическими свойствами. Частицы варьируют по своим размерам: микроскопические (менее 1 нм – атомы и молекулы), наночастицы (от 1 до 100 нм) и макроскопические (более 100 нм, вплоть до миллиметров и сантиметров – порошки и гранулированные материалы).
При визуализации под микроскопом отображается лишь плоская проекция частицы, поэтому её описание включает целый ряд различных размерных параметров: максимальная длина, минимальная ширина, площадь поверхности, объём и другие. Важно помнить, что разные методы измерения основаны на определении различных физических характеристик, и потому размеры одной и той же частицы, найденные различными способами, могут отличаться.
Методы определения размера частиц
В данном разделе представлены анализаторы, предназначенные для высокоточного определения размера и формы частиц с использованием современных методов:
• Лазерная дифракция;• Динамическое рассеяние света (DLS);
• Анализ изображений.
Лазерная дифракция
Принципиально анализатор состоит из следующих основных узлов: лазер или источник когерентного излучения с постоянной длиной волны и детектор. Обычно используется многоэлементная кремниевая фотодиодная матрица. Детектор с хорошим динамическим диапазоном, состоящий из 32-44 элементов, обеспечивает оптимальное разрешение, при этом увеличение количества элементов не приводит к увеличению реального разрешения.
Метод основан на взаимодействии лазерного луча с частицами – это быстрый и эффективный способ оценить размер частиц, исходя из углового распределения рассеянного света. Он наиболее подходит для анализа большого количества частиц и определения среднего диаметра в широком диапазоне размеров. Ограничением является сложность точного определения мелких деталей формы частиц и необходимость предположений о геометрии объекта.
Динамическое рассеяние света (DLS)
Данный метод позволяет определять средние размеры частиц, основываясь на флуктуациях интенсивности рассеиваемого света вследствие броуновского движения. Главным преимуществом метода является высокая чувствительность.
К недостаткам можно отнести слабую эффективность для сильно полидисперсных систем и зависимость результата от условий проведения эксперимента.
Анализ изображений
Метод базируется на автоматической обработке фотографий или микрофотографий частиц с целью расчёта их геометрических характеристик. Возможность точного анализа сложных форм и комбинаций частиц является главным достоинством данного подхода.
Недостаток метода состоит в зависимости результатов от качества изображения и алгоритмов обработки, а также в относительно низкой производительности при работе с большим количеством мелких частиц.