Im Gegensatz zur Laserbeugung, bei der die Partikelgrößenverteilung durch das charakteristische Beugungsbild eines Partikelkollektivs bestimmt wird, erfasst die Bildanalyse die physikalischen Eigenschaften jedes einzelnen Partikels. Die Verteilung eines Merkmals, wie Größe oder Formparameter, kann damit beliebig fein in Klassen aufgelöst werden. So lassen sich auch geringste Mengen Über- oder Unterkorn detektieren. Selbst Einzelpartikel mit besonderen geometrischen Eigenschaften, wie z.B. Aggregate, Bruch oder Fremdkörper, sind aufspürbar. Die Bildanalyse funktioniert dabei ähnlich wie ein modernes Mikroskop: eine digitale Kamera erfasst durch eine spezielle Optik die Partikel im Bildausschnitt und überträgt diese an einen Rechner. Eine Auswertungssoftware bestimmt für jedes einzelne Partikel im Bild die Größen- und Formparameter.
Bei der dynamischen Bildanalyse strömen die Partikel kontinuierlich durch das von der Kamera erfasste Messvolumen. Die freie Bewegung ermöglicht dabei eine zufällige Ausrichtung der Partikel. Aus den unterschiedlichen Perspektiven wird die tatsächliche Form- und Größenverteilung des Partikelkollektivs treffend erfasst. Basierend auf einer ausreichenden Probenmenge erzielt man zudem zuverlässige und repräsentative Ergebnisse.
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Unsere Lösung mit QICPIC und PICTOS
Die Grundidee besteht aus der Kombination der etablierten und leistungsstarken Trockendispergierung RODOS mit der dynamischen Bildanalyse. Ein perfekt dispergiertes Partikelkollektiv wird durch die Schärfenebene der Optik geführt. Aufgrund der zuverlässigen Dispergierung liegen die Partikel voneinander getrennt vor, so dass Partikelüberlagerungen weitestgehend vermieden werden. Somit kann eine hohe Partikelanzahl pro Bild erreicht werden.
Da die Partikel bei der Dispergierung stark beschleunigt werden, liegt ein besonderes Augenmerk auf der Bewegungsunschärfe. Heute verfügbare Blitzlampen mit typischerweise 100 µs Leuchtdauer können nicht genutzt werden, da die Bewegungsunschärfe bei bewegten Partikeln mit einer Geschwindigkeit von 100 m/s ca. 10 mm betragen würde. Sympatec hat deshalb eine spezielle gepulste Lichtquelle mit einer Leuchtdauer von weniger als 1 Nanosekunde entwickelt, so dass bei gleicher Partikelgeschwindigkeit eine Bewegungsunschärfe von nur 100 nm erreicht wird. Diese Unschärfe liegt deutlich unterhalb der kleinsten Pixelgröße von 0,55 µm und ist damit für die Kamera unsichtbar. Damit kommt diese Methode einer statischen Bildanalyse gleich.
Um die Ränder der Partikel präzise zu detektieren, wird der Partikelstrom in Transmission mit einem speziellen Objektiv, welches nur Licht zur Kamera durchlässt das annährend parallel zur optischen Achse einfällt, aufgenommen. In Kombination mit der Beleuchtung mit parallelem Licht werden selbst hochtransparente Partikel schwarz dargestellt, solange ihr Brechungsindex sich vom umgebenden Medium unterscheidet und das Licht deshalb gebrochen wird. Unterschiedliche Objektive werden auf einem Drehteller montiert und ermöglichen die Auswahl spezifischer Messbereiche per Software.
Herausragendes Leistungsmerkmal ist die Belichtungszeit im Subnanosekundenbereich und eine Bildaufnahmefrequenz von bis zu 500 Bildern pro Sekunde. Damit wird auch der beschleunigte Aerosolfreistrahl des unerreichten Trockendispergierers RODOS stets scharf erfasst. Die große Anzahl detektierter Partikel garantiert eine hohe statistische Sicherheit der Messergebnisse.
Die Auswertungssoftware erfasst gleichzeitig alle relevanten Größen- und Formcharakteristika. Während Maße für Länge, Breite, äquivalenten Kreisumfang und -durchmesser die Größe eines Partikels beschreiben, geben Sphärizität, Seitenverhältnis und Konvexität Auskunft über die Gestalt. Fasern sind über Länge, Durchmesser, Geradheit und Elongation spezifizierbar. Alle Parameter sind sowohl als Verteilung für die gesamte Probe als auch individuell für jedes einzelne Partikel darstellbar. Eine Partikelgalerie und vielfältige Filterfunktionen erleichtern die Erstellung spezifischer und aussagekräftiger Ergebnisse.
Neben der Kombination von QICPIC mit dem leistungsstarken Trockendispergierer RODOS steht auch der Schwerkraftdispergierer GRADIS für trockene Produkte zur Verfügung. Fasern werden mit QICPIC und FIBROS dispergiert und analysiert. Für Suspensionen und Emulsionen wird der speziell für den QICPIC entwickelte Nassdispergierer LIXELL eingesetzt. OASIS kombiniert trockene und nasse Analysen.
Mit dem Einsatz leistungsfähigster Komponenten entfaltet unser modularer Sensor QICPIC alle Stärken der dynamischen Bildanalyse im Labor. Die leistungsstarken und bewährten Systemkomponenten des QICPIC sind auch für die Steuerung und Kontrolle von Prozessen verfügbar. PICTOS & Co. integrieren die Dispergierung und Sensorik des QICPIC in ein robustes Gehäuse, das speziell für trockene und nasse on-line-Anwendungen entwickelt wurde. Ausgereifte Technologien zur repräsentativen Probenahme im Prozess wie TWISTER und viele Möglichkeiten der kundenspezifischen Probenzuführung sorgen für eine exzellente Prozesskontrolle.
