Partikelgrößenanalysatoren im Überblick

Partikelgrößenanalysatoren sind Messgeräte, die die Verteilung von Partikelgrößen in einer Probe quantitativ erfassen. Sie liefern damit eine zentrale Kenngröße für die Qualitätskontrolle und Prozessentwicklung in Branchen, in denen die Partikelgröße die Produkteigenschaften unmittelbar beeinflusst – etwa Löslichkeit, Fließverhalten, optische Eigenschaften oder Reaktivität eines Materials.

Die Anwendungsbreite reicht von der Pharmaindustrie über die Baustoffanalytik bis zur Batterieforschung. Je nach Messprinzip werden Partikel im Nanometer- bis Millimeterbereich erfasst, wobei unterschiedliche physikalische Effekte – Lichtbeugung, Streulichtintensität, Bildaufnahme oder Sedimentationsverhalten – zur Größenbestimmung genutzt werden. Da einzelne Partikel in einer realen Probe fast nie identisch groß oder gleich geformt sind, arbeiten alle Verfahren mit statistischen Verteilungskurven statt mit Einzelmessungen.

Die Wahl des passenden Messprinzips hängt von der Partikelgröße, der Probenart (fest, flüssig dispergiert, als Aerosol) und der benötigten Auflösung ab. Für viele Anwendungen kommen mehrere Methoden ergänzend zum Einsatz, um sowohl grobe als auch feine Fraktionen einer Probe zuverlässig zu erfassen.

Messprinzipien im Detail

Die Laserbeugung (auch statische Lichtstreuung, SLS) beruht auf der winkelabhängigen Streuung eines Laserstrahls an Partikeln; die gemessenen Streuwinkel sind charakteristisch für die Partikelgröße und in der Norm ISO 13320 beschrieben. Die dynamische Lichtstreuung (DLS) nutzt dagegen die Brown'sche Bewegung von Partikeln in einer Flüssigkeit und eignet sich besonders für sehr kleine Partikel im Nanometerbereich. Die dynamische Bildanalyse erfasst hingegen einzelne Partikelbilder optisch und kann dadurch – anders als die Laserbeugung – auch Form und Länge einzelner Partikel unterscheiden.

• Optische Bank: Bei allen genannten Verfahren wird das Messsignal (Beugungsmuster, Streulicht oder Bild) über eine definierte optische Bank erfasst und rechnerisch in eine Partikelgrößenverteilung überführt.
• Kalibrierstandards: Referenzmaterialien mit bekannter Partikelgröße dienen der Überprüfung der Messgenauigkeit.
• Probenzustand: Trocken dispergierte Pulver, nass dispergierte Suspensionen oder Sprühnebel erfordern jeweils angepasste Dispergiereinheiten.

Welche Arten von Partikelgrößenanalysatoren gibt es?

Partikelgrößenanalysatoren lassen sich nach Messprinzip in mehrere Gerätetypen unterteilen, die auf dieser Seite als Subkategorien geführt werden.

Laserbeugungs-Partikelgrößenanalysatoren

Diese Gerätetype bestimmt die Partikelgrößenverteilung über die winkelabhängige Streuung von Laserlicht. Auf der gecrawlten Seite fällt darunter unter anderem HELOS | RODOS | MYTOS & Co. von Sympatec, das bis zu acht diskrete Messbereichsmodule nutzt. Auch ANALYSETTE 22 NeXT von Fritsch zählt zu diesem Typ, mit Messzeiten von in der Regel unter einer Minute.

Dynamische Bildanalyse-Systeme

Diese Systeme werten Einzelbilder von Partikeln aus und liefern damit zusätzlich zur Größe auch Formmerkmale. QICPIC | PICTOS & Co. von Sympatec nutzt eine 4-Megapixel-Hochgeschwindigkeitskamera.

Kombinierte Laserbeugungs-/Bildanalysegeräte

MICROTRAC SYNC von Verder Scientific verbindet Laserbeugung und dynamische Bildanalyse in einer einzigen synchronen Messung an derselben Probenzelle, um Laserbeugungsdaten zusätzlich abzusichern.

Nanopartikel- und Dispersionsstabilitätsanalysatoren

Für sehr kleine Partikel im Nanobereich kommt die dynamische Lichtstreuung zum Einsatz. NANOPHOX CS von Sympatec ist laut Produktbeschreibung auf die Analyse hoher Partikelkonzentrationen im Nanobereich ausgelegt. NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO von Verder Scientific kombiniert die Größenmessung zusätzlich mit einer Zetapotential-Bestimmung zur Bewertung der kolloidalen Stabilität.

Einzelpartikelanalysatoren

LUMiSpoc von LUM wird als optischer Einzelpartikelzähler beschrieben, der laut Hersteller Partikelgrößen von unter 100 Nanometern bis zu einigen Mikrometern erfasst.

Online-/Prozess-Partikelanalysatoren

Für die Messung direkt im Produktionsprozess sind Geräte wie OPUS von Sympatec ausgelegt, das laut Produktbeschreibung Suspensionen und Emulsionen mit bis zu 70 % Feststoffanteil ohne Verdünnung in Echtzeit misst. ParticleMaster InSpEx von LaVision ist für die kontinuierliche Prozessüberwachung in industriellen Fertigungsprozessen konzipiert.

Partikelgrößenanalysatoren im Vergleich: Warum nicht Siebanalyse oder Sedimentation?

Partikelgrößenanalysatoren sind optische oder streulichtbasierte Messgeräte, die im Vergleich zu klassischen mechanischen Verfahren wie Siebung oder Sedimentation eine deutlich feinere Auflösung und einen breiteren Messbereich ermöglichen. Während die Siebanalyse Partikel mechanisch nach Maschenweite trennt und dadurch nur einen begrenzten Größenbereich in diskreten Stufen abbildet, liefern laserbeugungs- oder bildanalysebasierte Geräte kontinuierliche Verteilungskurven.

Ein Beispiel aus dem gecrawlten Angebot verdeutlicht die Bandbreite: HELOS | RODOS | MYTOS & Co. von Sympatec deckt einen Messbereich von unter 0,1 µm bis 8.750 µm ab – ein Spektrum, das mit einer einzelnen Analysesiebreihe praktisch nicht erreichbar wäre. Auch die Sedimentationsanalyse, die auf dem unterschiedlichen Sinkverhalten von Partikeln in einer Flüssigkeit beruht, ist im Vergleich zur Laserbeugung zeitaufwendiger, da hier die Partikelgröße indirekt über die Sinkgeschwindigkeit bestimmt wird.

• Auflösung: Laser- und bildbasierte Verfahren liefern feinere Klasseneinteilungen als mechanische Siebreihen.
• Probenmenge: Optische Verfahren benötigen in der Regel deutlich kleinere Probenmengen als Sedimentationsmethoden.
• Formauswertung: Nur dynamische Bildanalyse-Systeme wie QICPIC | PICTOS & Co. von Sympatec liefern zusätzlich zur Größe auch Formmerkmale, was mit Laserbeugung oder Siebung nicht möglich ist.

Für sehr feine Partikel im Nanometerbereich stößt die Laserbeugung an ihre physikalischen Grenzen, da kleine Partikel diffusere Streumuster erzeugen. Hier bietet die dynamische Lichtstreuung, wie sie beispielsweise in NANOPHOX CS von Sympatec genutzt wird, eine ergänzende Messmethode.

In welchen Bereichen werden Partikelgrößenanalysatoren angewendet?

Partikelgrößenanalysatoren sind Messgeräte, die branchenübergreifend zur Qualitätssicherung und Prozessentwicklung eingesetzt werden, überall dort, wo die Partikelgröße eine produktrelevante Eigenschaft ist.

Baustoffanalytik: In der Baustoffindustrie beeinflusst die Partikelgrößenverteilung von Zement, Kalk oder Füllstoffen Eigenschaften wie Verarbeitbarkeit und Festigkeit. ANALYSETTE 22 NeXT von Fritsch wird laut Produktbeschreibung unter anderem in der Baustoffanalytik eingesetzt.

Additive Fertigung: Für pulverbasierte 3D-Druckverfahren ist eine enge Partikelgrößenverteilung entscheidend für ein gleichmäßiges Schichtauftragen. MICROTRAC SYNC von Verder Scientific wird laut Hersteller unter anderem in der additiven Fertigung eingesetzt.

Batterieforschung: Die Partikelgröße von Elektrodenmaterialien beeinflusst Kapazität und Lebensdauer von Batterien.

Dispersions- und Emulsionsentwicklung: Bei der Entwicklung stabiler Suspensionen und Emulsionen ist neben der Partikelgröße auch die Stabilität der Dispersion relevant.

• Bewertung der kolloidalen Stabilität mit NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO von Verder Scientific
• Prozessbegleitende Messung optisch dichter Flüssigkeiten mit OPUS von Sympatec
• Analyse von Emulsionsstabilität im Nanobereich mit NANOPHOX CS von Sympatec

Prozess- und Produktionsüberwachung: In der laufenden Produktion – etwa bei Mahl- oder Kristallisationsprozessen – wird die Partikelgröße kontinuierlich überwacht.

• Echtzeitmessung im Prozessumfeld ohne Probenverdünnung mit OPUS von Sympatec
• Online-Charakterisierung von Partikeln und Tröpfchen im 24/7-Produktionsprozess mit ParticleMaster InSpEx von LaVision
• Einzelpartikelzählung niedrig konzentrierter Proben mit LUMiSpoc von LUM

Technologie und Innovationen

Aktuelle Partikelgrößenanalysatoren verbinden zunehmend mehrere Messprinzipien in einem Gerät, um Messunsicherheiten einzelner Verfahren zu reduzieren.

Synchrone Kombinationsmessung

MICROTRAC SYNC von Verder Scientific führt Laserbeugung und dynamische Bildanalyse laut Hersteller patentiert synchron an derselben Probe in derselben Probenzelle durch, statt beide Verfahren nacheinander an separaten Proben anzuwenden.

Kombinierte Größen- und Ladungsanalyse

NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO von Verder Scientific verbindet Partikelgrößenmessung und Zetapotential-Bestimmung, um Dispersionsinstabilitäten frühzeitig zu erkennen – laut Produktbeschreibung ohne aufwendige Probenvorbereitung und direkt in Originalkonzentration.

Modulare Dosier- und Dispergiersysteme

Geräte wie QICPIC | PICTOS & Co. und HELOS | RODOS | MYTOS & Co., beide von Sympatec, nutzen laut Produktbeschreibung modular anpassbare Dosier- und Dispergiersysteme, um Pulver, Granulate, Fasern, Suspensionen und Sprays mit demselben Grundgerät zu analysieren.

Inline-Prozesscharakterisierung

ParticleMaster InSpEx von LaVision ermöglicht laut Hersteller eine integrierbare Echtzeit-Überwachung für den durchgehenden Produktionsprozess, unabhängig von Geometrie und Material der Partikel.

FAQs

Wie wähle ich den richtigen Partikelgrößenanalysator für mein Labor aus?

Die Wahl hängt vom relevanten Größenbereich der Probe, dem Probenzustand (trocken, nass dispergiert, im Prozess) und davon ab, ob neben der Größe auch die Partikelform erfasst werden soll. Für sehr breite Messbereiche eignen sich Laserbeugungsgeräte, für Nanopartikel dynamische Lichtstreuung.

Welche Partikelgrößenanalysatoren eignen sich für die Prozessüberwachung?

Für die kontinuierliche Messung direkt im Produktionsprozess sind Online-Geräte wie OPUS von Sympatec oder ParticleMaster InSpEx von LaVision ausgelegt, die Messungen ohne Probenverdünnung beziehungsweise in Echtzeit ermöglichen.

Wie oft muss ein Partikelgrößenanalysator kalibriert werden?

Die Kalibrierintervalle richten sich nach Herstellerangaben und der jeweils zugrunde liegenden Norm; regelmäßige Überprüfungen mit zertifizierten Referenzstandards sichern die Messgenauigkeit über die Zeit ab.

Welche Probenvorbereitung ist für einen Partikelgrößenanalysator notwendig?

Je nach Gerätetyp ist eine Dispergierung der Probe in Flüssigkeit oder Luft notwendig; manche Systeme wie die dynamische Lichtstreuung erfordern eine sorgfältigere Probenvorbereitung als Laserbeugungsgeräte.

Was ist der Unterschied zwischen Laserbeugung und dynamischer Bildanalyse?

Laserbeugung bestimmt die Partikelgröße indirekt über Streuwinkel und liefert einen Äquivalentdurchmesser auf Basis eines Kugelmodells, während dynamische Bildanalyse einzelne Partikelbilder auswertet und dadurch auch Formmerkmale wie Länge und Breite unterscheiden kann.

Welche Partikelgrößenanalysatoren eignen sich für den Nanometerbereich?

Für Partikel im Nanometerbereich kommen Geräte auf Basis dynamischer Lichtstreuung zum Einsatz, etwa NANOPHOX CS von Sympatec, das laut Produktbeschreibung auf hohe Partikelkonzentrationen im Nanobereich ausgelegt ist.

Abschließende Zusammenfassung

Partikelgrößenanalysatoren decken je nach Messprinzip einen breiten Bereich von wenigen Nanometern bis zu mehreren Zentimetern ab und liefern damit eine zentrale Kenngröße für Qualitätskontrolle und Prozessentwicklung. Laserbeugung, dynamische Bildanalyse, dynamische Lichtstreuung und Online-Verfahren unterscheiden sich in Messprinzip, Auflösung und Eignung für bestimmte Probenarten. Die auf dieser Seite gelisteten Produkte zeigen die Bandbreite der verfügbaren Technologien für Labor- und Prozessanwendungen. Bei der Auswahl sollten Anwender vor allem den relevanten Größenbereich, den Probenzustand und den Bedarf an zusätzlicher Forminformation berücksichtigen.