Analyseurs de particules : définition, fonctionnement, historique

Les analyseurs de particules sont des instruments de mesure qui déterminent les propriétés physiques de particules individuelles ou d'ensembles de particules afin d'en déduire des distributions granulométriques, des paramètres de forme ou des valeurs de stabilité. Ils sont utilisés partout où les propriétés des particules d'un matériau ont une incidence directe sur la qualité du produit, la conduite du procédé ou les propriétés d'application – du broyage à la formulation de dispersions, en passant par la cristallisation.

Les appareils répertoriés sur cette page utilisent différents principes de mesure. Dans la diffraction laser, un échantillon de particules est traversé par un faisceau laser ; la distribution granulométrique est calculée à partir de l'angle de diffraction de l'intensité de la lumière diffusée. Les particules plus petites produisent des angles de diffusion plus grands que les particules plus grosses. Dans l'analyse d'image dynamique, une caméra à haute vitesse capture optiquement les particules individuelles et détermine la taille et la forme directement à partir des données d'image. Un autre principe est la diffusion dynamique de la lumière, utilisée notamment dans le domaine nanométrique.

Outre ces méthodes optiques, il existe des systèmes basés sur la technologie des rayons X, comme le LUMiReader X-Ray de LUM, qui caractérise des nano- et microdispersions hautement concentrées sans dilution préalable. Un système d'analyse de particules moderne se compose généralement d'une unité de dispersion (pour séparer les particules en mesure humide ou sèche), d'une unité de mesure ou de détection (laser, caméra ou capteur) et d'un logiciel d'évaluation qui convertit les données brutes en distribution granulométrique ou en valeur de forme. La dispersion joue un rôle déterminant dans la reproductibilité de la mesure, raison pour laquelle des fabricants comme Fritsch misent, avec l'ANALYSETTE 22 NeXT, sur des unités de dispersion peu sujettes à l'usure et nécessitant peu d'entretien, permettant des temps de mesure généralement inférieurs à une minute.

Quels sont les types d'analyseurs de particules ?

Les analyseurs de taille de particules constituent le groupe le plus important de cette page. Des appareils tels que le système HELOS | RODOS | MYTOS & Co. de Sympatec couvrent une plage de mesure allant de moins de 0,1 µm à 8 750 µm et utilisent pour cela jusqu'à huit modules de plage de mesure distincts.

Les granulomètres tels que l'OPUS de Sympatec sont spécialement conçus pour la mesure en temps réel en environnement de procédé et, selon la description du produit, mesurent également dans des liquides optiquement denses avec une teneur en matières solides pouvant atteindre 70 %, sans qu'une dilution de l'échantillon soit nécessaire.

Les analyseurs de nanoparticules détectent les particules dans le domaine nanométrique et fournissent souvent aussi des informations sur la charge de surface des particules, comme dans le système combiné de mesure de taille et de potentiel zêta de Verder Scientific.

Les analyseurs de particules 3D tels que le MICROTRAC CAMSIZER X2+ misent sur l'analyse d'image dynamique à haut débit d'échantillons afin de saisir avec précision, outre la taille, la forme des produits en vrac.

Les analyseurs de particules en ligne sont conçus pour la surveillance continue du procédé, comme le ParticleMaster inspex de LaVision pour le contrôle qualité automatisé directement dans la production de particules.

Analyseurs de particules en comparaison : pourquoi pas les méthodes classiques ?

Un analyseur de particules est un système de mesure automatisé qui présente des différences notables en termes de rapidité et de reproductibilité par rapport aux méthodes classiques et manuelles de caractérisation des particules. Les méthodes classiques telles que le tamisage ou la microscopie optique manuelle fournissent également des informations sur la taille des particules, mais atteignent leurs limites avec des particules fines ou de forme irrégulière.

Le tamisage sépare mécaniquement les particules selon la maille du tamis et convient surtout aux fractions plus grossières ; il ne fournit toutefois aucune information sur la forme des particules et n'est pratiquement plus applicable aux particules de taille micrométrique ou nanométrique. Les systèmes basés sur la diffraction laser, tels que le système HELOS de Sympatec, couvrent en revanche une plage allant de moins de 0,1 µm à 8 750 µm en une seule série de mesures.

La microscopie manuelle permet certes l'évaluation visuelle de particules individuelles, mais elle est chronophage pour l'évaluation statistiquement pertinente de larges ensembles de particules. Les systèmes d'analyse d'image dynamique tels que le QICPIC | PICTOS & Co. de Sympatec automatisent ce processus grâce à une caméra à haute vitesse de 4 mégapixels et évaluent ainsi un nombre de particules statistiquement fiable par mesure.

Une autre différence réside dans la préparation de l'échantillon : alors que de nombreuses méthodes classiques nécessitent une dilution ou un séchage de l'échantillon, des systèmes tels que l'OPUS de Sympatec ou le LUMiReader X-Ray de LUM sont conçus pour mesurer directement des échantillons à forte teneur en matières solides ou des dispersions hautement concentrées, sans dilution. Cela réduit les sources d'erreur liées à la préparation de l'échantillon elle-même et permet des mesures plus proches des conditions réelles du procédé.

Dans quels domaines les analyseurs de particules sont-ils utilisés ?

Les analyseurs de particules sont des instruments de mesure utilisés dans pratiquement tous les secteurs où les propriétés des particules déterminent la qualité du produit ou la stabilité du procédé. Les appareils répertoriés sur cette page couvrent un large éventail d'applications.

Développement de batteries et recherche sur les matériaux : selon la description du produit, le MultiScan MS 20 de DataPhysics est utilisé pour l'analyse quantitative des bouillies d'électrodes pour batteries lithium-ion, avec des mesures dans une plage de température de -10 °C à 80 °C. Le LUMiReader X-Ray de LUM est également conçu pour des applications dans le développement de batteries.

Analyse des matériaux de construction : l'ANALYSETTE 22 NeXT de Fritsch est utilisé, entre autres, dans l'analyse des matériaux de construction et couvre une plage de mesure de 0,01 à 3 800 µm.

Fabrication additive et recherche académique : le MICROTRAC SYNC de Verder Scientific combine diffraction laser et analyse d'image dynamique en une seule mesure et est utilisé dans ces domaines.

Développement de formulations et analyse de dispersions : des systèmes tels que le NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO de Verder Scientific ou le LUMiSpoc de LUM favorisent la détection précoce des instabilités dans les suspensions et les émulsions.

Voici quelques exemples d'applications typiques en pratique :

• Contrôle de la finesse de broyage lors du broyage de poudres
• Surveillance des processus de cristallisation en environnement de procédé
• Évaluation de la stabilité colloïdale des formulations avant leur mise sur le marché
• Assurance qualité des produits en vrac grâce à une analyse combinée de la taille et de la forme

Pour les utilisateurs ayant besoin d'une mesure en temps réel dans un procédé en cours, l'OPUS de Sympatec est une option répertoriée sur cette page. Quiconque souhaite combiner forme et taille des particules en une seule mesure trouvera dans le MICROTRAC SYNC de Verder Scientific un système adapté. Pour l'analyse de stabilité des dispersions, le MultiScan MS 20 de DataPhysics figure parmi les produits répertoriés.

Technologie et innovations

L'analyse des particules est un domaine dans lequel les principes de mesure individuels sont de plus en plus combinés afin de saisir plusieurs propriétés des particules en une seule mesure. Le MICROTRAC SYNC de Verder Scientific en est un exemple : selon la description du produit, il effectue de manière synchrone et brevetée la diffraction laser et l'analyse d'image dynamique sur le même échantillon, dans la même cellule d'échantillon.

Une autre tendance de développement est la combinaison de la mesure de taille et de charge dans un seul système, comme le met en œuvre le NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO de Verder Scientific : la distribution granulométrique et le potentiel zêta y sont saisis dans un flux de travail commun, ce qui, selon le fabricant, facilite la détection précoce des instabilités de dispersion.

Des progrès sont également réalisés en dehors des méthodes optiques classiques : le LUMiReader X-Ray de LUM utilise la technologie des rayons X pour caractériser directement – sans dilution – des pâtes et pigments hautement concentrés et optiquement opaques, tout en déterminant simultanément la taille des particules et le comportement de sédimentation. Pour la surveillance continue du procédé, le ParticleMaster inspex de LaVision mise sur une caractérisation en ligne permettant un contrôle qualité automatisé directement dans le processus de production, plutôt qu'une analyse hors ligne de l'échantillon en laboratoire.

FAQ

Comment choisir l'analyseur de particules adapté à mon laboratoire ?

Le choix dépend de la plage de mesure requise, du type d'échantillon (solide, liquide, dispersion) et du fait de savoir si la taille, la forme ou les deux doivent être mesurées. Pour de larges plages de mesure, les systèmes à diffraction laser tels que le système HELOS de Sympatec sont adaptés ; pour une analyse combinée de la taille et de la forme, les systèmes d'analyse d'image dynamique tels que le MICROTRAC CAMSIZER X2+ conviennent.

Quels analyseurs de particules conviennent aux mesures dans le domaine nanométrique ?

Pour le domaine nanométrique, les systèmes à diffusion dynamique de la lumière ou à comptage optique de particules individuelles sont adaptés, comme le NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO de Verder Scientific ou le LUMiSpoc de LUM, qui détecte des particules de moins de 100 nm jusqu'à quelques micromètres.

Combien de temps dure une mesure typique avec un analyseur de particules ?

Cela dépend de l'appareil : pour l'ANALYSETTE 22 NeXT de Fritsch, le temps de mesure, selon la description du produit, est généralement inférieur à une minute, le déroulement de la mesure pouvant être programmé via des procédures opératoires normalisées (SOP).

Les analyseurs de particules peuvent-ils être utilisés directement dans le processus de production ?

Oui, des appareils en ligne et de procédé tels que l'OPUS de Sympatec ou le ParticleMaster inspex de LaVision sont conçus à cet effet. Ils permettent une mesure en temps réel en environnement de procédé, parfois sans dilution de l'échantillon.

Quelle préparation d'échantillon est nécessaire pour un analyseur de particules ?

L'effort requis varie considérablement selon le principe de mesure : alors que certains systèmes nécessitent une dilution de l'échantillon, des appareils tels que l'OPUS de Sympatec ou le LUMiReader X-Ray de LUM sont conçus pour mesurer directement des échantillons à forte teneur en matières solides ou des dispersions hautement concentrées.

Quelle est la différence entre la diffraction laser et l'analyse d'image dynamique ?

Dans la diffraction laser, la taille des particules est calculée à partir de l'angle de la lumière diffusée d'un faisceau laser, tandis que l'analyse d'image dynamique capture optiquement les particules à l'aide d'une caméra et en déduit en outre des paramètres de forme. Des systèmes tels que le MICROTRAC SYNC de Verder Scientific combinent les deux principes en une seule mesure.

Résumé

Les analyseurs de particules couvrent différents principes de mesure – diffraction laser, analyse d'image dynamique, diffusion dynamique de la lumière et méthodes basées sur les rayons X – chacun étant adapté à des plages de taille de particules et à des types d'échantillons spécifiques. Les produits répertoriés sur cette page illustrent l'étendue des applications, du laboratoire au procédé. Le choix de l'appareil approprié dépend avant tout de la plage de mesure requise, de la nature de l'échantillon et du fait de savoir si, outre la taille, la forme ou la stabilité d'une dispersion présente également un intérêt. Un examen attentif des spécifications techniques des produits répertoriés aide à identifier le modèle le mieux adapté à l'application concernée.