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Wareneingangskontrolle Kleine Teile, große Wirkung – Partikel mit statischer Laserbeugung messen

| Autor / Redakteur: Sascha Hupach* / Dr. Ilka Ottleben

Die Wareneingangskontrolle ist ein wichtiger Teil der Qualitätssicherung im produzierenden Gewerbe. Es gilt Sollkriterien von angekaufter Ware einzuhalten, die zur Herstellung weiterer Produkte genutzt werden – und die die spätere Produktqualität beeinflussen. Die instrumentelle Analytik ist hier seit Jahrzehnten fester Bestandteil und wird immer bedeutender. So wird auch die Kontrolle der Partikelgrößenverteilung zu einer wichtigen analytischen Fragestellung in der Wareneingangskontrolle. Die statische Laserbeugung hilft hier weiter.

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Abb. 1: Wichtig für Unternehmen im produzierenden Gewerbe: die Wareneingangskontrolle.
Abb. 1: Wichtig für Unternehmen im produzierenden Gewerbe: die Wareneingangskontrolle.
(Bild: © Ingo Bartussek – stock.adobe.com)

Bei der Wareneingangskontrolle geht es um Methoden zur Stoffidentifikation bis hin zur Identifikation von unerwünschten Verunreinigungen oder Störsubstanzen. Aber auch physikalische Stoffeigenschaften spielen eine große Rolle.

Viele Produkte bestehen aus feinen dispersen Materialien, so genannten Partikeln. Ob Farben, Lacke, Tinten, Baustoffe, verschiedene Lebensmittel, Kosmetikartikel, Salben, Pasten, Keramiken oder Kunststoffe – sie alle enthalten Partikel, deren Größe sich auf die Produkteigenschaft auswirkt. Daher ist die Partikelgröße zu bestimmen, in vielen Industriesegmenten von großer Bedeutung – gerade in deren Wareneingangskontrolle.

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Da Partikel weder homogen sind, noch in gleicher Größe vorliegen (zumeist liegen Partikel in einer Fraktion vor), spricht man hier nicht von der Partikelgröße, sondern von der Partikelgrößenverteilung. Sie beschreibt eine Häufigkeitsverteilung von Partikelgrößenbereichen in der jeweiligen Probe.

Statische Laserbeugung – Schnelle Aussagen zur Qualität

In der Wareneingangskontrolle ist es äußerst vorteilhaft, auf schnelle, einfache und exakte Messmethoden zurückgreifen zu können, um schnelle Aussagen zur Qualität der angelieferten und eingesetzten Stoffe zu treffen. Um die Partikelgrößenverteilung zu bestimmen, hat sich die statische Laserbeugung etabliert: ein einfaches, sicheres und schnelles Verfahren.

Dabei werden die Partikel mit einem Laserstrahl durchleuchtet. Trifft der Laser auf einen Partikel wird das Licht gebeugt und gestreut. Hierbei entstehen charakteristische Beugungsmuster, deren Streuweite und Beugungswinkel auf die jeweilige Partikelgröße schließen lässt. Die theoretischen Berechnungsgrundlagen dieser Methode beruhen auf den Experimenten des deutschen Physikers Gustav Mie. Er untersuchte die Streuung einer elektromagnetischen Welle an einer homogenen dielektrischen Kugel.

Partikelgrößenverteilung – Messung im Sekundentakt

Die entstehenden Beugungsmuster sind die eigentlichen Rohsignale dieser Analysenmethode. In modernen Partikelgrößenanalysatoren werden die Beugungsmuster mit großen Detektoren aufgezeichnet, die aus zahlreichen einzelnen Lichtsensoren bestehen. Der Wing-Sensor II der Systeme der SALD-Serie von Shimadzu etwa besitzt 78 einzelne Sensorelemente, um das Licht der Beugungsmuster zu erfassen. Er wird im Takt von 0,145 Sekunden ausgelesen. Zudem besitzen die Systeme nur einen Laser. Der einfache optische Aufbau und der hohe Auslesezyklus ermöglichen sehr schnelle (höchstens 1 Sekunde) und sehr exakte Messungen. In der Software werden die Beugungsmuster durch die Lichtverteilung auf den einzelnen Detektorelementen dargestellt. Die grünen Balken entsprechen einer Lichtintensität auf den nummerierten Sensoren (s. Abb. 2).

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