Onko se pyöreä? Sauvamainen? Muodoltaan epäsäännöllinen? Kuinka paljon ja miten eri muodot ovat jakaantuneet partikkelien kokojen suhteen?
Nyt on kysymys partikkelien muodoista suhteessa kokojakaumaan. Partikkelien kokoanalyysi ei aina riitä tuoteominaisuuksien määrityksissä, vaikka onkin yksi tärkeimmistä tuotteiden ominaisuuksien analyyseistä. Usein tarvitaan täydentävää tekniikkaa eli morfologista kuvantavaa analyysiä. Kun tähän liittää Raman-analyysin, saadaan koko, muoto ja kemiallinen koostumus.
Aika täydellinen analyysipaketti siis.
Mikä on automaattinen kuvantava partikkelien muotoanalyysi? Muotoanalyysissä mitataan partikkelien koko ja muoto ottamalla kuvat yksittäisistä partikkeleista. Partikkelien koko määritetään kaksiulotteisesti (pituus ja leveys). Lisäksi määritetään muotoparametrit otettujen kuvien perusteella.
Tyypillisiä muotoparametrejä ovat muotosuhde (pituus/leveys), partikkelien pyöreys ja kuperuus.
Kuvassa näkyy filtteristä otettu koko- ja muotojakauma. Oranssin alueen partikkelit ja muodot on esitetty.
Laitteiston perustana perinteinen mikroskooppi
Muoto- eli morfologinen analyysi suoritetaan yleensä laitteistolla, johon kuuluvat mikroskooppi, jauhedispersioyksikkö ja/tai nestemäisten näytteiden mittauslevyt sekä tietokone. Yleisimmin käytetään perinteistä mikroskooppia, jossa on automaattisesti valittavat 2, 5, 10, 20 ja 50 x suurentavat objektiivit.
Muotoanalyysiä on tehty myös elektronimikroskoopeilla, mutta niiden ongelma on näytteenkäsittelyn hitaus ja partikkelien määrä kuvassa. Vaikka kuvat ovat tarkkoja ja laadukkaita, tilastollisesti luotettavaan jakauma-analyysiin tarvitaan 10 000 partikkelia, ja siihen ei elektronimikroskooppi yllä.
Muotoanalyyseissä käytetään joko staattista tai dynaamista kuvantamista. Staattisen etuina ovat kuvien parempi laatu ja etenkin jauhenäytteissä partikkelien orientaatio.
Käyttö yleistyy teollisissa sovelluksissa
Morfologista analyysiä käytetään jo yleisesti teollisuudessa, yhtenä esimerkkinä akkuteollisuus, joka on nopeimmin kasvavia teollisuudenaloja niin Suomessa kuin maailmalla. Akkujen valmistuksessa tyypillisiä vaiheita ovat katodien ja anodien valmistus, pinnoittaminen ja kennojen valmistus. Kaikissa näissä partikkelien ominaisuudet ovat kriittisiä parametrejä.
Kuvantavan staattisen analyysin avulla saadaan automaattisia, nopeita ja kvantitatiivisia morfologisia analyysejä, jotka auttavat yhdistämään elektrodijauheominaisuudet akun suorituskykyyn ja mahdollistavat prosessin optimoinnin ja vikojen syyn nopean tunnistamisen. Näin saadaan minimoitua valmistushäiriöt.
Partikkelien ominaisuudet tärkeitä 3D-tulostuksessa
3D-tulostus tunnetaan myös käsitteenä additive manufacturing eli materiaalia lisäävä valmistus. Sen avulla on mahdollista parantaa tuotteiden ominaisuuksia ja keventää erilaisia komponentteja ja osia. Etenkin metallien 3D-tulostuksessa partikkelien ominaisuudet ovat tärkeitä.
Jauheen helppo juoksevuus ja korkea pakkaustiheys ovat suoraan riippuvaisia partikkelien koosta ja muodosta. Jos partikkelit ovat muodoltaan epäsäännöllisiä, pakkaustiheys on huonompi ja valmistetun osan tiheys matalampi. Tyypillisiä muotoparametrejä ovat esimerkiksi pyöreys ja venyvyys.
Muotoanalyysin voi yhdistää Ramaniin
Morfologinen analyysi yhdistettynä Raman-spekroskopiaan mahdollistaa muotoanalyysin lisäksi komponenttien kemiallisen tunnistamisen.
Esimerkiksi lääketeollisuudessa voidaan muoto- ja kokoanalyysin ohella tunnistaa lääkekomponentit. Näin saadaan automatisoitua, nopeaa komponenttikohtaista morfologista tietoa, joka auttaa kontrolloimaan ja optimoimaan vaikuttavien aineiden ja apuaineiden kokoa ja muotoa läpi tuotekehitysprosessin.
Rikoslaboratorioissa ja maaperäanalytiikassa puolestaan käytetään usein kuvantavaa analyysiä yhdessä Ramanin kanssa. Esimerkkejä eri sovelluksista on jo lukemattomia.
Toimiva työkalu morfologiseen analyysiin
MalvernPanalytical tarjoaa yhdessä Hosmedin kanssa morfologiseen analyysiin erinomaisen työkalun, Morfologi M4 -laitteiston. Analyysi voidaan suorittaa täysin automaattisesti SOP-menetelmien avulla.
Kun M4 varustetaan Ramanilla, voidaan kuva-analyysin jälkeen valita mielenkiintoiset partikkelit ja analysoida ne Ramanilla. Tällöin saadaan myös näiden partikkelien kemiallinen koostumus.
Tutustu Morfologi M4 -laitteistoon Hosmedin sivuilla ja katso video.
Hosmedin myyntipäällikkö Timo Saarela kertoo ilomielin lisää. Lähetä viesti linkin kautta ja pyydä laite-esittely!
Sinua voisi kiinnostaa myös:
Kaiken takana on partikkelikoko
Tarkkuutta ja luotettavuutta nanopartikkelimittauksiin
