Partikelgrößenanalyse Partikelgröße bestimmt optische Eigenschaften

Die optischen Eigenschaften von transparenten und opaken Materialien ändern sich mit der Größe der streuenden Partikel. Mithilfe der Laser-Partikelgrößenmessung lässt sich die Verteilung der Partikelgrößen zuverlässig bestimmen.

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Die Fähigkeit von Materie, Lichtwellen durchzulassen (Transmission) wird als Transparenz bezeichnet. Wenn man Dahinterliegendes relativ klar erkennen kann, wird ein Material als transparent oder durchsichtig bezeichnet. Bekanntestes Beispeil ist das Fensterglas. Hängt der Transparenzgrad von der Wellenlänge des Lichts ab, ist das transparente Medium durch absorptiv wirkende Partikel getönt. Je höher die Partikel-Konzentration ist, umso undurchsichtiger wird das Material.

Größe der Partikel bestimmt Farbigkeit

In Abhängigkeit der Größe der streuenden Partikel kann es zur so genannten Opaleszenz kommen: Der Farbigkeit mancher Stoffe, die durch Streuung und eventuell Interferenz des Lichts an kleinen Strukturen in einem Material hervorgerufen wird. Sind die streuenden Partikel kleiner als die Lichtwellenlänge, so kommt es zur stark wellenlängenabhängigen Rayleigh-Streuung, bei der die Streuintensität mit kleiner werdender Wellenlänge deutlich zunimmt. Daher wird blaues Licht stärker gestreut als rotes. Dies verursacht beispielsweise die blaue Farbe des Himmels. Wenn die Partikel größer als die Wellenlänge des Lichts werden, tritt stattdessen die Mie-Streuung auf. Dabei ist die Wellenlängenabhängigkeit der Streulichtintensität weniger ausgeprägt. Die Farbigkeit des gestreuten weißen Lichts geht verloren und man beobachtet einen Übergang von der Opaleszenz zur Opazität (Lichtundurchlässigkeit).

Messung der Partikelgrößen-verteilung

Durch Laser-Partikelgrößenmessung mit der Analysette 22 nanotec (s. Abb. 1) lässt sich die Partikelgrößenverteilung von Proben in einem Bereich von 0,01 bis 1000 Mikrometer zuverlässig bestimmen. Durch Verwendung der Strahlaufweitung kann der Messbereich auf 15 bis 2000 Mikrometer umgeschaltet werden. Das Messbeispiel zeigt eine Partikelgrößeverteilung von gemahlenem Kryolith (s. Abb. 2), wie es beispielsweise zur Färbung von Glas verwendet wird (Milchglas). Abhängig von der Partikelgröße resultieren unterschiedliche optische Eindrücke.

Die Nass-Messung wurde in einer gesättigten Kryolith-Lösung durchgeführt, an der vor der Probenzugabe ebenfalls die Hintergrundmessung stattfand. Dadurch werden Lösungseffekte vermieden, wie sie bei derselben Probe in reinem Wasser auftreten können. Lösungseffekte führen zu einer Verschiebung der Messkurve bei aufeinander folgenden Messungen hin zu kleineren Partikeldurchmessern. Alternativ lässt sich diese Probe auch unter Verwendung einer Kleinmengen-Dispergiereinheit in Alkohol messen.

*Dr. G. Crolly, Fritsch GmbH Mahlen und Messen, 55743 Idar-Oberstein

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