Configuración experimental típica de difracción láser
La dispersión de luz se ha utilizado durante mucho tiempo para investigar el tamaño de diversos objetos. Gustav Mie (él de la Teoría de la Dispersión de Mie) estudió nanopartículas de oro como las de la imagen siguiente como parte de su tesis doctoral. Antes confinada a montajes personalizados en laboratorios, varias innovaciones llevaron la difracción láser del cuarto oscuro a laboratorios de investigación y plantas de producción en todo el mundo.
¿Y cómo funciona la difracción láser? En su forma más básica, la difracción láser trata sobre la relación entre el tamaño de la partícula y el ángulo e intensidad de la luz dispersada. La luz se dispersa con mayor intensidad y en ángulos menores respecto a partículas grandes que a partículas pequeñas. Todo analizador, desde el primer prototipo comercial hasta el último LA-960, utiliza este principio. De hecho, el analizador en sí no mide el tamaño de las partículas: mide el ángulo y la intensidad de la luz dispersada por las partículas de tu muestra. Esa información se pasa luego a un algoritmo diseñado para usar la Teoría de Dispersión de Mie, que transforma los datos de la luz dispersada en información sobre el tamaño de las partículas.
Tanto el hardware como el software necesarios para realizar una medición del tamaño de partícula han pasado por numerosas revisiones para mejorar la exactitud, la precisión, la fiabilidad y la facilidad de uso. El LA-960 representa la décima generación de analizadores de difracción láser HORIBA; cada uno diferente y mejor que el anterior. Sigue leyendo para descubrir qué factores importantes hacen que esta medición sea una rutina segura y confiable.
Cuatro tipos de interacción entre la luz y una superficie
En el núcleo mismo de la técnica de difracción láser está la relación entre la luz y las superficies (que pueden intercambiarse libremente con "partícula" para nuestros propósitos). Cuando la luz golpea una superficie, es o bien
La difracción también se conoce como "difracción de bordes", ya que es donde ocurre. La refracción ocurre cuando la luz cambia de ángulo al viajar a través de la partícula.
Podemos obtener información sobre el tamaño de una partícula utilizando el ángulo y la intensidad de la luz dispersada. La luz difractada y refractada es útil para este propósito; la luz absorbida y reflejada va en contra de este propósito y debe tenerse en cuenta durante la medición y el cálculo del tamaño.
Para partículas mayores de cierto tamaño, la gran mayoría de la luz se dispersa por difracción. La luz dispersada tiene una intensidad relativamente alta y un ángulo bajo para estas partículas más grandes. El "tamaño determinado" se determina como un múltiplo de la longitud de onda de la luz utilizada para la medición y normalmente se aproxima en 20 micras. Las partículas mayores a este tamaño comunican información útil sobre el tamaño mediante difracción y no refracción. Esto significa que la medición no se beneficiará del uso de un índice de refracción para interpretar con precisión la luz refractada.
Para partículas menores de 20 micras, la luz refractada se vuelve cada vez más importante para calcular un tamaño preciso de partícula. La luz dispersada es de intensidad relativamente baja y en ángulo amplio para estas partículas más pequeñas. El uso de un índice de refracción y la teoría de dispersión de Mie afecta directamente a la precisión en este rango de tamaño. Todos los analizadores de HORIBA por difracción láser utilizan por defecto la solución de dispersión Mie y permiten al usuario introducir valores personalizados del índice de refracción.
Un diseño simplificado del banco óptico LA-960. 1: Diodo láser de longitud de onda roja para partículas más grandes, 2: LED azul para partículas más pequeñas, 3: detectores de bajo ángulo para partículas grandes, 4: matrices de detectores de ángulo lateral y trasero y partículas más pequeñas.
El flujo de trabajo básico de un análisis de tamaño de partícula por difracción láser se divide en dos partes:
La calidad de la medición depende totalmente del propio analizador: calidad de los componentes, refinamiento de ingeniería y un diseño fundamental que refleje principios básicos. Las tecnologías principales son todas maduras, pero como en muchas cosas, una mayor calidad conduce a un rendimiento superior. Un sistema óptico típico de difracción láser incluirá:
El analizador de tamaño de partículas LA-960V2 representa el instrumento de difracción láser de décima generación diseñado por HORIBA. Se han incluido cientos de mejoras en el diseño básico para mejorar el rendimiento y la usabilidad. Estas mejoras incluyen:
Obtener los mejores datos posibles de luz dispersada es la base de cualquier medición fiable del tamaño. Los datos de luz dispersada "en bruto" se pasan entonces al algoritmo de cálculo, donde se transforman en una distribución de tamaño de partícula.
Analizador de difracción láser e imagen dinámica de partículas de tamaño y forma
Analizador de Distribución de Tamaño de Partículas por Difracción Láser
Analizador de Distribución de Tamaño de Partículas por Difracción Láser
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