Particle Measurement What is particle size and how is it measured?

Existem diferentes métodos de medição de partículas para a caracterização de distribuições de tamanhos de partículas em granulados, materiais a granel, pós e suspensões. Estes incluem difração de laser, análise de imagens, espalhamento dinâmico de luz, bem como análise por peneira.

Particle measurement with these different methods leads to different results, because the "size" of particles can be interpreted quite differently: Size is unambiguously defined only for spherical particles (diameter = particle size). In all possible measuring directions, the same result is obtained.

For non-spherical particles, however, the result of the particle measurement depends both on the orientation of the particles during the measurement process and on the peculiarities of the method used. Since the result of a particle measurement depends on how "size" is defined, there is often confusion in the interpretation of the measurement results.

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Particle measurement with static or dynamic image analysis

As técnicas de captura de imagens para medição de partículas oferecem uma série de vantagens. É feita uma distinção entre medição de partículas com Análise Dinâmica de Imagens and Análise Estática de Imagens.

Com o método estático, as partículas ficam em repouso durante a medição (como acontece com um microscópio); com a análise dinâmica de imagens, são analisadas partículas em movimento, seja em um líquido, em um fluxo de ar ou em queda livre. Ao analisar imagens de partículas individuais, tanto o formato quanto o tamanho são medidos. Os diâmetros de Feret, por exemplo, podem ser especificados para descrever as diversas dimensões.

Eles são determinados como se faria com um paquímetro: medindo a distância entre tangentes paralelas. A maior distância seria o comprimento de Feret (X_{Fe máx}), a menor seria a largura de Feret (X_{Fe mín}). As alternativas seriam dimensões das cordas (p. ex., menor diâmetro interno, X_{c mín}) ou diâmetro de Martin (bissetriz da área). Além disso, o diâmetro de um círculo de área igual pode ser definido como o tamanho da projeção da partícula. Dependendo do problema, uma definição adequada de tamanho é utilizada para a medição de partículas.

Different size definitions in image analysis. X_{c min} (particle width, red), X_area (diameter of the equal area circle, green) and X_{Fe max} (particle length, blue). Depending on the selected size definition, a different measurement result is obtained (cumulative curves on the right)

Particle measurement with Laser Diffraction

There are some fundamental differences in particle measurement by laser diffraction compared to image analysis.

While in imaging techniques each recorded particle represents a measurement event and is included in the overall result, scattered light or diffraction analysis are so-called ensemble measurement techniques. This means that the measurement signal is generated simultaneously by many particles of different sizes.

It is therefore a superposition of angle-dependent scattered light intensities, from which the contributions of the different particle sizes must be calculated. This is done either via the Mie theory, for which the refractive index of the particles must be known, or via the Fraunhofer approximation, which, however, is only usefully applicable for larger particles.

Particle measurement by laser diffraction cannot distinguish between length and width. All scattered light data are referred to a spherical model, they are so-called equivalent diameters. For non-spherical particles, this usually results in a wider distribution being output than in image analysis.

Comparability of particle measurement with different methods

Análise de imagens e análise por peneira: comparabilidade muito boa quando a análise de imagens considera a largura das partículas durante a avaliação da imagem. A análise 3D melhora a comparabilidade. A medição de partículas por análise de imagens pode substituir completamente o peneiramento!

Análise de imagens e Difração de Laser: boa comparabilidade. A difração de laser geralmente mostra distribuições mais amplas, especialmente para partículas de formato fortemente irregular. Para análise de imagens, deve ser utilizada a definição xárea.

Análise por peneira e Difração de Laser: pouco comparável, a difração de laser tende a fornecer um resultado maior.

Difração de Laser e Espalhamento Dinâmico de Luz: compara bem, para partículas pequenas (< 100 nm) o DLS é melhor, para partículas grandes (> 1 µm) a difração de laser é superior.