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Partikelgrößenanalyse
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
- Matthias Stieß: Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie 1. 3. Auflage, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-32551-2.
- Kurt Dialer, Kurt Leschonski, Ulfert Onken: Grundzüge der Verfahrenstechnik und Reaktionstechnik. Hanser Fachbuch, München 1986, ISBN 3-446-14560-5
- Kurt Leschonski: Grundlagen und moderne Verfahren der Partikelmesstechnik. Institut für mechanische Verfahrenstechnik und Umweltverfahrenstechnik, Technische Universität Clausthal, 1988
- Hans Rumpf, Kurt Leschonski: Vorträge des 1. Europäischen Symposions "Partikelmesstechnik" in Nürnberg 17.–19. September 1975. (= DECHEMA Monographien. Band 79) Verlag Chemie, 1976.
Einzelnachweise
- ↑ Matthias Stiess: Mechanische Verfahrenstechnik – Partikeltechnologie 1. 3. vollst. neu bearb. Aufl., Springer, 2009, ISBN 978-3-540-32551-2., S. XII.
- ↑ Hans Rumpf: Über die Eigenschaften von Nutzstäuben. In: Staub – Reinhaltung der Luft. 27, Nr. 1, 1967, S. 3–13.
- ↑ 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,
- ↑ Frank Babick: Schallspektroskopische Charakterisierung von submikronen Emulsionen. Dissertation, Technische Universität Dresden, 2005 (PDF).
- ↑ Andreas Richter: Ultraschalldämpfungsspektroskopie grobdisperser Systeme. Dissertation, Technische Universität Dresden, 2008 (PDF).
| Dieser Artikel basiert ursprünglich auf dem Artikel Partikelgrößenanalyse aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Doppellizenz GNU-Lizenz für freie Dokumentation und Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported. In der Wikipedia ist eine Liste der ursprünglichen Wikipedia-Autoren verfügbar. |