Partikelgrößenanalyse leicht gemacht - mit Retsch Technology

Camsizer System zur Partikelgrößenanalyse und Partikelformanalyse

Retsch Technology ist Ihr Experte für die präzise und schnelle Partikelgrößenanalyse unterschiedlichster Stoffe.

Die Partikelgrößenanalyse ist ein wichtiger Bestandteil der Qualitätskontrolle in vielen industriellen Produktionsprozessen. Dieser Artikel beschreibt den Einsatz der Dynamischen Bildanalyse am Beispiel der Düngemittelproduktion.

Das Messverfahren wird aber auch erfolgreich in zahlreichen anderen Industrien zur Partikelgrößenanalyse und Partikelformanalyse genutzt, wie zum Beispiel Pharma, Lebensmittel, Kunststoffe, Chemie oder Metall.

Wir bieten qualitativ hochwertige Produkte zur Partikelgrößenanalyse von kolloidalen Stoffen, Emulsionen, Suspensionen, Dispersionen, Pulvern und Granulaten, wobei unsere Geräte insgesamt einen Partikelgrößenbereich von 0,3 nm – 30 mm abdecken.

Produktübersicht


Partikelgrößenanalyse von Düngemitteln

Camsizer System zur Partikelgrößenanalyse und Partikelformanalyse

Düngemittel sind in der Regel trockene Schüttgüter, welche zur Nährstoffversorgung von Kulturpflanzen eingesetzt werden. Die wichtigsten Bestandteile sind Stickstoff, Phosphat und Kalium, denn ein Mangel an diesen Elementen im Boden begrenzt das Wachstum. Viele Hersteller von Düngemitteln kombinieren diese Elemente in ihren Düngerprodukten zur systematischen und kontrollierten Verbesserung des Bodens.

Die meisten Düngemittel werden als Granulat produziert, weil sich Granulate nicht nur optimal dosieren lassen, sondern auch eine kontrollierte Nährstoffabgabe über bestimmte Zeiträume ermöglicht wird. Die Hersteller verwenden bisher zwei spezielle Kenngrößen zur Partikelgrößenanalyse ihrer Produkte. Als Maß für die mittlere Partikelgröße wird die SGN (Size Guide Number) angegeben, die Breite der Korngrößenverteilung wird über den Uniformitätsindex (UI) beschrieben.

Beide Werte werden für jede Düngercharge mittels Partikelgrößenanalyse genau kontrolliert, da sie nicht nur die Auflösung und Freisetzung der Nährstoffe im Feld beeinflussen, sondern auch das Mischen unterschiedlicher Minerale sowie die Entmischung während des Transports. Ein kritischer Aspekt ist außerdem die Staubbildung sowohl während der Produktion als auch im Endprodukt. Staubpartikel sind potentiell gesundheitsschädlich und können von den Arbeitern in der Produktion oder beim Be- und Entladen durch Einatmen oder über die Haut aufgenommen werden.

Partikelgrößenanalyse: Siebung und Dynamische Bildanalyse im Vergleich

Die Partikelgrößenanalyse wird in der Düngemittelindustrie traditionell durch Siebanalysen ermittelt. Diese einfache Methode ist apparatetechnisch nicht aufwändig. Andererseits ist sie aber sehr zeitaufwändig, zeigt eine geringere Reproduzierbarkeit und ist anfällig für systematische Fehler und Bedienerfehler.

Die Dynamische Bildanalyse (DIA) ist der Siebung im Hinblick auf Auflösung, Präzision und Reproduzierbarkeit deutlich überlegen; außerdem liefert sie zusätzliche Informationen über die Partikelform. Vor allem aber ist die Dynamische Bildanalyse deutlich schneller als die Siebung. Alle Produktionsparameter können so ständig überwacht und in Echtzeit angepasst werden.

Die Produktion lässt sich dadurch soweit optimieren, dass die Spezifikationen immer erfüllt werden, mindere Qualität verhindert wird und dadurch die Kosten sinken. Mit der Technik der Dynamischen Bildanalyse können im Produktionsprozess mindestens 15 bis 20 Proben pro Stunde gemessen werden, auch im Dauerbetrieb. Damit ist eine fast lückenlose Überwachung der Produktion möglich.

Partikelgrößenanalyse - Siebung und Camsizer Vergleich


Messergebnisse, die mit Dynamischer Bildanalyse produziert werden, sind bedienerunabhängig. So bestätigen Anwender, die den Partikelanalysator Camsizer von Retsch Technology an mehreren Produktionsstandorten im Einsatz haben, dass die Reproduzierbarkeit der Messungen an den verschiedenen Orten exzellent und deutlich höher ist als bei der Siebanalyse.

Partikelgrößenanalyse mit patentierter Dual Camera Technology

Der Camsizer von Retsch Technology ist mit weltweit über 1000 Installationen das erfolgreichste Messgerät zur Partikelgrößenanalyse von Schüttgütern mittels Dynamischer Bildanalyse.

Das System ist eine bewährte Alternative zur traditionellen Siebanalyse, welches aufgrund des weiten Messbereichs neben der Korngrößenanalyse der Granulatpartikel z. B. auch die zuverlässige Erfassung des Staubanteils in Düngemittelgranulaten ermöglicht.

Zu den Haupteinsatzgebieten des Camsizer zählen Produktionsüberwachung und Qualitätskontrolle, aber auch in der Forschung zur Produktentwicklung und Prozessoptimierung werden Partikelgröße und Partikelform bestimmt. Für eine teilweise oder vollständige Automatisierung der Produktionskontrolle kann der Camsizer optional online eingesetzt werden.

Camsizer System zur Partikelgrößenanalyse und Partikelformanalyse Das patentierte duale Kameraprinzip ermöglicht auch in der neuen Gerätegeneration, Camsizer P4, einen weiten Messbereich von 20 μm bis 30 mm sowie höhere Analysengeschwindigkeit, präzisere Formerkennung und höhere Auflösung als bei anderen optischen Analysatoren. Es garantiert zudem optimale Analysebedingungen über den gesamten Messbereich, ohne Kompromisse bei Auflösung und Präzision eingehen zu müssen. Die optischen Einstellungen des Gerätes sind für alle Messaufgaben fix und müssen nicht verändert werden.

Die Probe wird dem Camsizer P4 über eine Förderrinne zugeführt, so dass alle Partikel individuell durch das Detektionsfeld fallen und erfasst werden. Zwei CCD-Digitalkameras führen die Partikelgrößenanalyse simultan durch. Die Basic Kamera erfasst die größeren Partikel während die Zoom Kamera die kleinen Partikel aufnimmt. Die Kombination der unterschiedlichen Abbildungsmaßstäbe der Kameras ermöglicht die Aufnahme sowohl der kleinen als auch der großen Partikel in hoher Auflösung.

Die Messgeschwindigkeit hängt nicht nur von der Bildrate ab, sondern auch von der Größe des Detektionsfeldes, d. h. von der Anzahl der Partikel im Bild. Würde man die beiden Kameras durch eine einzige ersetzen, müsste diese mehr als 40 Megapixel aufweisen und dabei Bildwiederholraten von mindesten 30 Hz erzielen. Dies ist beim derzeitigen Stand der Technik jedoch nicht realisierbar.

Camsizer ersetzt Siebanalyse

Bei Düngemitteln, die aus runden Partikeln bestehen ist die Übereinstimmung der Partikelgrößenanalyse zwischen Camsizer P4 und Siebung sehr gut. Dies gilt auch für multimodale Verteilungen, welche für Mischungen aus verschiedenen Mineralien typisch sind. Bei der nachfolgenden Grafik lässt sich die deutlich bessere Auflösung der Camsizer Messkurven im Vergleich zu den Siebfraktionen sehr gut erkennen:

Für unregelmäßig geformte, z. B. eckige Partikel, ergeben sich systematische Unterschiede für die gemessenen Partikelgrößenverteilungen zwischen den Methoden „Siebanalyse“ und „Dynamische Bildanalyse“. Dies lässt sich in Abbildung (oben links) gut erkennen. Die Messergebnisse stimmen nicht überein, da die Größe der Partikel bei der Bildanalyse in zufälliger Orientierung gemessen wird, hingegen die Partikel sich bei einer Siebanalyse beim Passieren der Siebmaschen ausrichten. Wenn man jedoch die Funktion „Siebkorrelation“ in der Camsizer Software nutzt, lassen sich die Ergebnisse der beiden Methoden auch für unregelmäßig geformte Partikel stabil korrelieren, so dass eine 100 % Übereinstimmung in der Partikelgrößenanalyse erzielt werden kann (oben, rechts).

Fazit

Das Camsizer P4 System bestimmt mittels Dynamischer Bildanalyse die Partikelgröße und Partikelform rieselfähiger Schüttgüter in einem Bereich von 20 μm bis 30 mm. Die berührungslose Messung belässt die Probe in ihrem ursprünglichen Zustand. Durch die simultane Partikelformbestimmung erhält der Anwender zusätzliche Informationen über das Material, welche für die Ermittlung von Produkteigenschaften und gleichbleibende Produktqualität sehr nützlich sein können.

Im Online-Einsatz ermöglicht der Camsizer die kontinuierliche Produktionskontrolle. So lassen sich Reaktionszeiten auf Veränderungen in der Produktqualität verkürzen und Qualitätseinbußen minimieren.

Alle Geräte zur Partikelgrößenanalyse im Überblick