Partikel-Messtechnik – So wählen Sie das richtige Verfahren

Partikel-Messtechnik – So wählen Sie das richtige Verfahren

Als Laborleiter müssen Sie sich oft mit Partikeln auseinandersetzen: In der Analytik oder in der Synthese reiner Substanzen kämpfen Sie gegen allgegenwärtige Stäube, die Ihnen Kontaminationen und damit Blindwerte oder Qualitätsprobleme eintragen. In der Umweltanalytik (Emission und Immission) werden Staubkonzentrationen in Gasen meist als Summen- parameter in den Einheiten mg/m3 oder μg/m3 (im Normzustand) angegeben. Wenn Sie in der Produkt-Entwicklung wie etwa an besonders gut deckenden oder aus verschiedenen Blickrichtungen unterschiedlich gefärbt wirkenden Pigmenten für die Kosmetik oder die Lackindustrie arbeiten, müssen Sie die Eigenschaften Ihrer Partikeln genauer untersuchen.

Partikeln, Pulver, Staub – Definitionen

Feinste Substanz-Klümpchen treten allgemein in riesiger Anzahl auf. Deswegen ist hier von der Mehrzahl „Partikeln“ die Rede. Ein Haufen kleiner, fester Partikeln wird als Pulver bezeichnet. Stäube und die in der Regel erheblich feineren Aerosole bestehen aus gasgetragenen Partikeln, die fest oder flüssig sein können.

Das Messverfahren definiert den „Durchmesser“

Zur Charakterisierung von Partikeln z. B. in Stäuben werden häufig Durchmesser angegeben. Irreführenderweise sind Partikel-Durchmesser nicht einheitlich definiert. Wie die folgende Abbildung zeigt, haben unregelmäßig geformte Partikeln an verschiedenen Stellen unter- schiedliche Durchmesser.

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Messverfahren und Messgrößen

Trübungsmessung:
Fotometrische Trübungsmessungen liefern besonders einfach ein Maß für Partikelkonzentrationen. Messwert ist die optische Dichte (= Extinktion/ optische Weglänge), die nach dem Bouguer-Lambert-Beer’schen Gesetz bei niedrigen Konzentrationen proportional zur Konzentration ansteigt.

In biologischen Labors werden auf diese Weise Wachstumskurven für Bakterien bestimmt (Wellenlänge des Messlichtes: 600 nm). Mittels eines Mikroskops und einer Zählkammer können Sie das Verfahren für verschiedene Bakterienarten kalibrieren.

Siebe:
Durch Sieben können Sie Pulver in Teilmengen mit unterschiedlichen kleinsten geometrischen Durchmessern dmin zerlegen. Die Teilmengen können Sie wiegen und beispielsweise ein Balkendiagramm zeichnen, in dem Sie die Gewichtsanteile der Teilmengen gegen die Maschenweite des Siebes auftragen (Partikelgrößen- Verteilung).

Filter:
In der Staub-Emissions-Analytik werden verbreitet Filter eingesetzt, durch die Messgas hindurchgesaugt wird. Der enthaltene Staub wird zurück- gehalten und ausgewogen. So können Sie die Gesamtmasse des in einem Gasvolumen enthalten Staubes bestimmen. Zwar lassen Filter besonders feine Partikeln passieren. In der Regel ist dieser Verlust vernachlässigbar, weil sehr kleine Teilchen ein äußerst geringes Gewicht haben.

Impaktoren:
In ihnen wird Staub durch ein Labyrinth gesaugt. Abhängig von der individuellen Fliehkraft werden die Partikeln an verschiedenen Orten niedergeschlagen und später ausgewogen. Verwechseln Sie die Ergeb- nisse von Impaktor-Messungen nicht mit denen einer Siebung: Die Fliehkraft hängt von der Masse der Partikeln ab. Entsprechend beziehen sich die Ergebnisse von Messungen mit Impaktoren auf den so genannten aerodynamischen Durchmesser! Dieser ist gleich dem Durchmesser eines kugelförmigen Teilchens mit der Dichte 1 kg/L, welches in Luft dieselbe Sinkgeschwindigkeit hat wie das betrachtete, beliebig geformte Partikel.

Laser-Spektroskopie:
Die Technik nutzt die Eigenschaft von Staub, wie ein optisches Gitter Strahlung zu beugen. Aus den Beugungsmustern lassen sich Partikel- größen- Verteilungen errechnen.

Vorsicht! Mittels der Laserbeugung gemessene Partikelgrößen-Vertei- lungen können von den Ergebnissen anderer Methoden abweichen!

Mikroskopie:
Mittels eines Mikroskops können Sie die räumliche (geometrische) Ausdehnung von Partikeln durch Vergleich mit einem Maßstab messen. Zubehör zur „Vereinzelung“ hilft zu verhindern, dass mehrere kleine Partikeln wie ein großes erscheinen.

Definieren Sie die Ziel-Messgröße

Klären Sie mit Ihrem Auftraggeber die Aufgabenstellung und welches Messverfahren das aussagekräftigste Ergebnis liefert.

Aufgaben in der Partikel-Messtechnik erfordern meist, dass Ihre Messdaten untereinander vergleichbar sind. Halten Sie sich an ein Verfahren, das Sie stets einsetzen. Wo dies nicht praktikabel ist, geben Sie zu den Ergebnissen immer das Messverfahren an.

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