Analisadores de partículas: definição, funcionamento, história

Os analisadores de partículas são instrumentos de medição que registram as propriedades físicas de partículas individuais ou de conjuntos inteiros de partículas, a fim de derivar distribuições de tamanho, parâmetros de forma ou valores de estabilidade. São utilizados em todos os contextos em que as propriedades das partículas de um material têm influência direta na qualidade do produto, na condução do processo ou nas propriedades de aplicação – da moagem à cristalização, passando pela formulação de dispersões.

Os equipamentos listados nesta página utilizam diferentes princípios de medição. Na difração a laser, uma amostra de partículas é atravessada por luz laser; a distribuição do tamanho das partículas é calculada a partir do ângulo de difração da intensidade da luz dispersa. Partículas menores geram ângulos de dispersão maiores do que partículas grandes. Na análise de imagem dinâmica, uma câmera de alta velocidade capta opticamente partículas individuais e determina o tamanho e a forma diretamente a partir dos dados de imagem. Outro princípio é o espalhamento dinâmico de luz, utilizado especialmente na faixa nanométrica.

Além desses métodos ópticos, existem sistemas baseados em tecnologia de raios X, como o LUMiReader X-Ray da LUM, que caracteriza nano e microdispersões altamente concentradas sem diluição prévia. Um sistema analisador de partículas moderno normalmente é composto por uma unidade de dispersão (para individualizar as partículas na medição a úmido ou a seco), uma unidade de medição ou detecção (laser, câmera ou sensor) e um software de avaliação que converte os dados brutos em uma distribuição de tamanho de partícula ou em um valor de forma. A dispersão é determinante para a reprodutibilidade da medição, razão pela qual fabricantes como a Fritsch apostam, no ANALYSETTE 22 NeXT, em unidades de dispersão de baixo desgaste e manutenção reduzida, que permitem tempos de medição geralmente inferiores a um minuto.

Quais tipos de analisadores de partículas existem?

Os analisadores de tamanho de partícula constituem o maior grupo desta página. Equipamentos como o sistema HELOS | RODOS | MYTOS & Co. da Sympatec cobrem uma faixa de medição de menos de 0,1 µm a 8.750 µm, utilizando para isso até oito módulos de faixa de medição distintos.

Os granulômetros como o OPUS da Sympatec são especialmente projetados para medição em tempo real em ambientes de processo e, segundo a descrição do produto, também medem em líquidos opticamente densos com teor de sólidos de até 70%, sem necessidade de diluição da amostra.

Os analisadores de nanopartículas detectam partículas na faixa nanométrica e frequentemente também fornecem informações sobre a carga superficial das partículas, como no sistema combinado de tamanho e potencial zeta da Verder Scientific.

Os analisadores de partículas 3D como o MICROTRAC CAMSIZER X2+ apostam na análise de imagem dinâmica com alta taxa de amostragem, para captar com precisão, além do tamanho, também a forma dos granéis.

Os analisadores de partículas online são projetados para o monitoramento contínuo do processo, como o ParticleMaster inspex da LaVision para o controle de qualidade automatizado diretamente na produção de partículas.

Analisadores de partículas em comparação: por que não os métodos clássicos?

Um analisador de partículas é um sistema de medição automatizado que apresenta diferenças significativas em velocidade e reprodutibilidade em relação aos métodos clássicos e manuais de caracterização de partículas. Métodos clássicos como a análise granulométrica por peneiramento ou a microscopia óptica manual também fornecem informações sobre o tamanho das partículas, mas atingem seus limites com partículas finas ou de forma irregular.

O peneiramento separa mecanicamente as partículas de acordo com a abertura da malha e é adequado principalmente para frações mais grosseiras; no entanto, não fornece informações sobre a forma da partícula e praticamente não é mais aplicável a partículas na faixa micrométrica ou nanométrica. Os sistemas baseados em difração a laser, como o sistema HELOS da Sympatec, cobrem, por sua vez, uma faixa de menos de 0,1 µm a 8.750 µm em uma única série de medições.

A microscopia manual permite a avaliação visual de partículas individuais, mas é demorada para a avaliação estatisticamente relevante de grandes conjuntos de partículas. Sistemas de análise de imagem dinâmica, como o QICPIC | PICTOS & Co. da Sympatec, automatizam esse processo por meio de uma câmera de alta velocidade de 4 megapixels, avaliando assim um número estatisticamente representativo de partículas por medição.

Outra diferença está na preparação da amostra: enquanto muitos métodos clássicos exigem diluição ou secagem da amostra, sistemas como o OPUS da Sympatec ou o LUMiReader X-Ray da LUM são projetados para medir diretamente amostras com alto teor de sólidos ou dispersões altamente concentradas, sem diluição. Isso reduz as fontes de erro decorrentes da própria preparação da amostra e permite medições mais próximas das condições reais do processo.

Em quais áreas os analisadores de partículas são aplicados?

Os analisadores de partículas são instrumentos de medição utilizados em praticamente todos os setores nos quais as propriedades das partículas determinam a qualidade do produto ou a estabilidade do processo. Os equipamentos listados nesta página cobrem um amplo espectro de aplicações.

Desenvolvimento de baterias e pesquisa de materiais: segundo a descrição do produto, o MultiScan MS 20 da DataPhysics é utilizado para a análise quantitativa de pastas de eletrodos para baterias de íon-lítio, com medições em uma faixa de temperatura de -10 °C a 80 °C. O LUMiReader X-Ray da LUM também é projetado para aplicações no desenvolvimento de baterias.

Análise de materiais de construção: o ANALYSETTE 22 NeXT da Fritsch é utilizado, entre outras áreas, na análise de materiais de construção e cobre uma faixa de medição de 0,01 a 3.800 µm.

Fabricação aditiva e pesquisa acadêmica: o MICROTRAC SYNC da Verder Scientific combina difração a laser e análise de imagem dinâmica em uma única medição e é utilizado nesses campos.

Desenvolvimento de formulações e análise de dispersões: sistemas como o NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO da Verder Scientific ou o LUMiSpoc da LUM favorecem a detecção precoce de instabilidades em suspensões e emulsões.

Exemplos típicos de aplicação prática incluem:

• Controle da finura de moagem na trituração de pós
• Monitoramento de processos de cristalização em ambiente de processo
• Avaliação da estabilidade coloidal de formulações antes do lançamento no mercado
• Garantia da qualidade de granéis por meio de análise combinada de tamanho e forma

Para usuários que necessitam de medição em tempo real durante o processo em andamento, o OPUS da Sympatec é uma opção listada nesta página. Quem deseja combinar forma e tamanho de partícula em uma única medição encontrará no MICROTRAC SYNC da Verder Scientific um sistema adequado. Para a análise de estabilidade de dispersões, o MultiScan MS 20 da DataPhysics está representado entre os produtos listados.

Tecnologia e inovações

A análise de partículas é uma área na qual os princípios de medição individuais são cada vez mais combinados para captar diversas propriedades das partículas em uma única medição. Um exemplo disso é o MICROTRAC SYNC da Verder Scientific, que, segundo a descrição do produto, realiza de forma sincronizada e patenteada a difração a laser e a análise de imagem dinâmica na mesma amostra, na mesma célula de amostra.

Outra tendência de desenvolvimento é a combinação da medição de tamanho e carga em um único sistema, como implementado pelo NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO da Verder Scientific: a distribuição de tamanho e o potencial zeta são registrados aqui em um fluxo de trabalho conjunto, o que, segundo o fabricante, facilita a detecção precoce de instabilidades de dispersão.

Também há progressos fora dos métodos ópticos clássicos: o LUMiReader X-Ray da LUM utiliza tecnologia de raios X para caracterizar diretamente – sem diluição – pastas e pigmentos altamente concentrados e opticamente opacos, determinando simultaneamente o tamanho das partículas e o comportamento de sedimentação. Para o monitoramento contínuo do processo, o ParticleMaster inspex da LaVision aposta em uma caracterização online que possibilita o controle de qualidade automatizado diretamente no processo de produção, em vez de analisar a amostra off-line no laboratório.

Perguntas frequentes

Como escolho o analisador de partículas adequado para o meu laboratório?

A escolha depende da faixa de medição necessária, do tipo de amostra (sólida, líquida, dispersão) e se o tamanho, a forma ou ambos devem ser medidos. Para faixas de medição amplas, são adequados os sistemas de difração a laser, como o sistema HELOS da Sympatec; para a análise combinada de tamanho e forma, os sistemas de análise de imagem dinâmica, como o MICROTRAC CAMSIZER X2+.

Quais analisadores de partículas são adequados para medições na faixa nanométrica?

Para a faixa nanométrica, são adequados sistemas com espalhamento dinâmico de luz ou contagem óptica de partículas individuais, como o NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO da Verder Scientific ou o LUMiSpoc da LUM, que detecta partículas de menos de 100 nm até alguns micrômetros.

Quanto tempo dura uma medição típica com um analisador de partículas?

Isso depende do equipamento: no ANALYSETTE 22 NeXT da Fritsch, o tempo de medição, segundo a descrição do produto, geralmente é inferior a um minuto, já que o processo de medição pode ser programado por meio de procedimentos operacionais padrão (POPs).

Os analisadores de partículas também podem ser utilizados diretamente no processo de produção?

Sim, para isso são projetados equipamentos online e de processo como o OPUS da Sympatec ou o ParticleMaster inspex da LaVision. Eles possibilitam medição em tempo real em ambiente de processo, em alguns casos sem diluição da amostra.

Qual preparação de amostra é necessária para um analisador de partículas?

O esforço necessário varia consideravelmente conforme o princípio de medição: enquanto alguns sistemas exigem diluição da amostra, equipamentos como o OPUS da Sympatec ou o LUMiReader X-Ray da LUM são projetados para medir diretamente amostras com alto teor de sólidos ou dispersões altamente concentradas.

Qual é a diferença entre difração a laser e análise de imagem dinâmica?

Na difração a laser, o tamanho da partícula é calculado a partir do ângulo da luz dispersa de um feixe laser, enquanto a análise de imagem dinâmica capta opticamente as partículas por meio de uma câmera e, além disso, deriva parâmetros de forma a partir disso. Sistemas como o MICROTRAC SYNC da Verder Scientific combinam ambos os princípios em uma única medição.

Resumo final

Os analisadores de partículas abrangem diferentes princípios de medição – difração a laser, análise de imagem dinâmica, espalhamento dinâmico de luz e métodos baseados em raios X – cada um adequado para determinadas faixas de tamanho de partícula e tipos de amostra. Os produtos listados nesta página mostram a amplitude de aplicações, do laboratório ao processo. A escolha do equipamento adequado depende principalmente da faixa de medição necessária, da natureza da amostra e se, além do tamanho, também são de interesse a forma ou a estabilidade de uma dispersão. Uma análise cuidadosa das especificações técnicas dos produtos listados ajuda a identificar o modelo mais adequado para a respectiva aplicação.