Messung von kleinen Partikeln
Kleinere Partikel stellen eine echte Herausforderung für die Laser¬beugungs-technologie dar. Im Laserstrahl streuen große Partikel Licht in niedrigen Winkeln mit leicht erkennbaren Maxima und Minima im Streumuster. In niedrigen Winkeln zum optischen Weg angeordnete Detektoren mit ausreichender Winkelauflösung können diese Maxima und Minima erkennen. Mit abnehmender Partikelgröße wird das Verhältnis der Partikeldimension zur Wellenlänge des Lichts (d/λ) kleiner, was zu einem glatteren und weniger stark gewinkelten Streumuster führt, das wiederum die Messung erschwert. Zudem streuen kleine Partikel das Licht nur schwach, und die Maxima und Minima können nur bei sehr hohen Winkeln gemessen werden, was sich nachteilig auf die Detektion und Auflösung des Streumusters auswirkt. Hersteller greifen mit unterschiedlichem Erfolg zu verschiedenen Lösungen, um diese Einschränkungen zu überwinden. Die meisten setzen auf die Messung des rückgestreuten Lichts.
Systematischer Fehler bei der Größenbestimmung von nicht-sphärischen Partikeln
Die meisten lasergestützten Partikelgrößenmessgeräte machen ungeachtet der Partikelgröße keinen Unterschied bei der Form des Prüfmaterials. Die mathe-matischen Modelle, nach denen die Verteilung berechnet wird, beruhen auf sphärischen Systemen, sodass jede berichtete Verteilung im Grunde einer sphärischen Verteilung des analysierten Materials entspricht. In den meisten Fällen reicht dies aus, da viele Partikel einem sphärischen System nahe genug kommen. Allerdings ist die ermittelte Größenverteilung bei vielen Partikeln, die von der perfekten Kugelform abweichen, nur scheinbar oder nominell und enthält einen systematischen Fehler. In einigen extremen Fällen, in denen ein sphärisches Modell auf nicht-sphärische Partikel angewendet wird, werden die Ergebnisse sehr von der Realität abweichen. Dieser systematische Fehler zeigt sich beim Vergleich der Laserbeugungsergebnisse mit den Ergebnissen anderer Verfahren wie beispielsweise PIDS (Polarization Intensity Differential Scattering).
PIDS vs. Laserbeugung
Die PIDS-Technologie basiert auf der Mie-Theorie der Lichtstreuung und nutzt die transversale Natur des Lichts. Mit einem magnetischen und einem elektrischen Vektor (im rechten Winkel zueinander stehend) gilt das Licht als vertikal polarisiert, wenn der elektrische Vektor auf und ab verläuft. Wenn eine Probe mit Licht einer bestimmten polarisierten Wellenlänge beleuchtet wird, erzeugt das oszillierende elektrische Feld einen Dipol (eine Oszillation) der Elektronen in der Probe. Diese Oszillationen befinden sich in derselben Polarisationsebene wie das Licht der jeweiligen Quelle, und die oszillierenden Partikeldipole strahlen Licht in alle Richtungen außer derjenigen der bestrahlenden Lichtquelle ab. Die Probe wird nacheinander mit drei Wellenlängen (475 nm, 613 nm und 900 nm) mit erst vertikaler und dann horizontaler Polarisation beleuchtet. Das von der Probe gestreute bzw. abgestrahlte Licht wird in verschiedenen Winkeln gemessen. Die Analyse der Differenzen bei den einzelnen Wellenlängen gibt Aufschluss über die Partikel¬größenverteilung der Probe. Gemessen werden dabei die Unterschiede zwischen den vertikal und horizontal polarisierten Signalen, nicht nur die Werte bei einer bestimmten Polarisation.
