Partikelgrößenanalyse
Die Partikelgrößenanalyse ist ein Teilgebiet der mechanischen Verfahrenstechnik mit der Werkstoffkunde und beschäftigt sich mit der Charakterisierung disperser Systeme bzgl. Partikelgröße, -form, -konzentration und deren räumlicher Verteilung. Diese Größen sind in der Regel statistisch verteilt und bei einigen Systemen zeitabhängig. Primäres Ziel der Partikelgrößenanalyse ist zumeist die Bestimmung der vorherrschenden Partikelgrößenverteilung. Weitere Bezeichnungen für die Partikelgrößenanalyse sind: Dispersitäts-, Korn-, Kornform-, Korngrößen- und Teilchengrößenanalyse sowie Granulometrie, Partikelmesstechnik.
Die Partikelgrößenanalyse besitzt im industriellen Bereich eine hohe Bedeutung, da sich Partikeleigenschaften entscheidend auf die Eigenschaften eines Produktes auswirken. Beispielsweise spielt die Partikelgröße, häufig auch als Korngröße bezeichnet, eine wichtige Rolle, wenn das Fließverhalten eines Schüttguts oder die Stabilität von Haufwerken beurteilt werden soll. Hingegen umfasst die Partikelgrößenanalyse nicht das Fachgebiet der Elementarteilchen-Physik.
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[Bearbeiten] Einleitung
Im Bereich der Mechanischen Verfahrenstechnik bedeutet eine Stoffumwandlung vor allem eine Änderung des Dispersitätszustandes, das heißt der Feinheit eines dispersen Systems. Misch-, Trenn-, 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.
[Bearbeiten] Ziel der Partikelgrößenanalyse
Die oben geschilderten Zusammenhänge führen nach Rumpf zur folgenden Beschreibung des Umfangs der Partikelmesstechnik:
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 Beschränkung der Partikelmesstechnik auf die Messung von Dispersitätseigenschaften wird ihrer Bedeutung indes nicht vollständig gerecht. Vielmehr kommt die Messung weiterer für die Anwendung bedeutender Produkteigenschaften, die nicht ausschließlich von der Dispersität abhängen, hinzu:
- Optische Eigenschaften
- Elektrische Eigenschaften
- Raumausfüllung
- Schüttgutverhalten
- Agglomerationsverhalten
- Durchströmungsverhalten
- Rheologisches Verhalten
- Filtrierverhalten
- Verschleißverhalten
- Oberflächenreaktionen
- Mischbarkeit
und viele andere mehr.
[Bearbeiten] Anwendungsgebiete
Die Ergebnisse der Partikelgrößenanalyse werden verwendet, um
- Zerkleinerungen oder Agglomerationen zu charakterisieren und zu kontrollieren,
- Förderungs- oder Rieselfähigkeit sicherzustellen (z.B. im Silo),
- die Wirksamkeit eines Stoffes als Katalysator zu prüfen (Messung der spezifischen Oberfläche),
- Trommelfilter oder andere verfahrenstechnische Maschinen auszulegen,
- Reinräume oder Filter zu überwachen (Partikelzählung),
- die Produktqualität mit Hilfe von Partikelgrößenverteilungen auch quantitativ erfassen zu können.
- Beispiele
- Die Qualität von Schokolade hängt neben anderen Faktoren von der Feinheit des gemahlenen Kakaos und Zuckers ab. Kaum jemand mag Schokolade, bei der man das Gefühl hat, Sand zu essen.
- Die Feinheit eines medizinischen Wirkstoffs oder seines Trägerstoffes beeinflusst dessen Freisetzungsdauer im menschlichen Körper.
[Bearbeiten] Verfahren
Messverfahren für die Partikelgrößenanlyse basieren primär auf den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der zu analysierenden Partikelsysteme. In Abhängigkeit der Partikelgröße, der vorherrschenden kontinuierlichen Phase und der Partikelkonzentration werden daher verschiedene Messverfahren eingesetzt.
| Größenbereich | Konzentrationsbereich | Verfahren | |
|---|---|---|---|
| Aerosol | 0,3 µm bis 40 µm | optische Einzelpartikelzählung | |
| 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 | |
| Schüttgut | Siebanalyse | ||
| Schüttgut | ≥ 1 µm | Lichtmikroskopie | |
| Suspension | 0,3 µm bis 3 mm | Laserbeugung | |
| Suspension | dynamische Lichtstreuung | ||
| Suspension | ≥ 1 µm | Lichtmikroskopie | |
| Suspension | Einzelpartikelextinktion |
[Bearbeiten] Literatur
- Hans Rumpf: Über die Eigenschaften von Nutzstäuben. In: Staub - Reinhaltung der Luft. 27, Nr. 1, 1967, S. 3–13.
- Albrecht F. Braun: Die genetische Deutung natürlicher Haufwerke mit Hilfe des doppeltlogarithmischen Körnungsnetzes nach ROSIN, RAMMLER und SPERLING (DIN 4190). In: Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften. 126, Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung/Science Publishers, Stuttgart 1975, S. 199–205 (Abstract)
