Laserbeugung

Bei der Laserbeugung werden durch Messen der Streuintensität als Funktion des Streuungswinkel, der Wellenlänge und der Polarisierung von Licht Partikelgrößenverteilung erfasst, auf der Basis anwendbarer Streuungsmodell-Informationen. Dies ist eine absolute Methode, die keine Kalibrierung erfordert. Laserbeugungen bieten eine Reihe von Vorteilen, einschließlich der einfachen Anwendbarkeit, des schnellen Betriebs, der überdurchschnittlichen Reproduzierbarkeit und des breiten dynamischen Größenbereichs, der nahezu fünf Größenordnungen von Nanometern bis Millimetern umfasst.

Im Verlauf der letzten beiden Jahrzehnte hat die Laserbeugung konventionelle Methoden wie die Sedimentklärung auf Partikelgrößen von weniger als einigen Millimetern und auch die optische sowie elektronische Mikroskopie für größere Partikel (> 50 µm) ersetzt.

Anfänglich war die Partikelgrößenbestimmung durch Laserbeugung auf die Anwendung der Fraunhofer Beugungstheorie begrenzt. Heutzutage gehen die Laserbeugungsanalysatoren über einfache Beugungseffekte hinaus. Allgemeine Ansätze basieren nun auf der Mie-Theorie, und hier wird die Messung der Streuungsintensität über einen breiten Streuungswinkelbereich angewendet. Zudem werden ergänzend zu der Hauptlaserquelle häufig Lichtquellen verwendet, bei denen es sich nicht um Laserlichtquellen handelt, um weitere charakteristische Informationen über Partikel einer Größe unterhalb des Mikrometerbereichs zu erhalten.

Der Prozess beginnt mit einer Lichtquelle, die einen monochromatischen Strahl erzeugt. Nachdem der rohe Strahl mehrere optische Komponenten passiert hat, erzeugt er einen erweiterten, kollimierten Strahl, der Partikel im Streuungsvolumen beleuchtet. Diese Partikel streuen das Licht und erzeugen einzigartige Winkelstreuungsmuster.

Diese Streuungsmuster werden in ein räumliches Intensitätsmuster umgewandelt, das dann von einem Fotodetektor mit mehreren Elementen erkannt wird. Danach wird ein Photostrom verarbeitet und digitalisiert, wodurch ein Intensitätsflussmuster erzeugt wird, das in eine Partikelgrößenverteilung umgewandelt wird.

Die meisten industriellen Partikel sehen sehr wie Kugeln aus, und die Streuungseffekte von den Ecken und Kanten dieser Partikel werden aufgrund einer taumelnden und rotierenden Bewegung der Probe während der Messung geglättet. Dies ermöglicht die Anwendung entweder der Mie- oder der Fraunhofer-Theorie auf Systeme mit nur einem Parameter: Durchmesser. Diese Methode ergibt nur sichtbare Werte, und es ist wichtig, sich darüber im Klaren zu sein, dass die „Größe“, die man aus den meisten Technologien für die Partikelgrößenbestimmung (einschließlich Laserbeugung) erhält, sich von den echten Maßen unterscheiden können. Bis heute ist die Kugelmodellierung die einzig machbare Option für kommerzielle Geräte, die auf die Größenbestimmung bei einer Vielzahl von Proben ungeachtet der realen Partikelform ausgelegt sind.



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