Die Partikelgrößenanalyse ist die Messung der Größenverteilung von Partikeln in einer Probe. Die Partikelgröße beeinflusst die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Materialien, einschließlich Auflösungsrate, Pulverfließfähigkeit, Reaktivität und Erscheinungsbild. Zuverlässige Partikelgrößenmessung ist in der Pharmazie, Materialwissenschaft, Bergbau, Lebensmittelverarbeitung und Umweltüberwachung unerlässlich.
Die Partikelgröße wird typischerweise als äquivalenter Kugeldurchmesser angegeben, der Durchmesser einer Kugel, die sich in der Messtechnik ähnlich wie das tatsächliche Partikel verhalten würde. Unterschiedliche Messprinzipien erzeugen unterschiedliche Äquivalentdurchmesser für dasselbe nicht-kugelförmige Partikel. Die gebräuchlichsten Deskriptoren sind D10, D50 (Median) und D90, die die Partikelgrößen darstellen, unterhalb derer 10%, 50% bzw. 90% des Probenvolumens liegen.
Laserbeugung misst die Partikelgröße durch Analyse des Winkelmusters von gestreutem Licht. Große Partikel streuen unter kleinen Winkeln, während kleine Partikel unter weiten Winkeln streuen. Die Technik deckt einen Größenbereich von etwa 0,01–3000 µm unter Verwendung mehrerer Detektoren und Lichtquellen ab. Die Mie-Theorie und die Fraunhofer-Näherung wandeln das Streumuster in eine volumenbasierte Größenverteilung um.
Die dynamische Lichtstreuung (DLS) misst die Brownsche Bewegung zur Bestimmung des hydrodynamischen Durchmessers im Bereich von 1 nm bis 5 µm. Sie ist die primäre Technik für submikrometergroße Partikel, Kolloide und Makromoleküle. DLS ist hoch empfindlich für große Partikel und Aggregate, die die intensitätsgewichtete Größenverteilung dominieren.
Siebung trennt Partikel in Größenfraktionen durch einen Stapel von Drahtgewebe-Sieben mit abnehmenden Öffnungsgrößen. Siebung ist für trockene oder nasse Pulver über etwa 20 µm anwendbar und liefert eine massenbasierte Größenverteilung. Luftstrahlsiebung verbessert die Feinstpartikeltrennung.
Sedimentationsmethoden messen die Sinkgeschwindigkeit von Partikeln in einer Flüssigkeit unter Schwerkraft oder Zentrifugalkraft. Die Stokes-Gleichung setzt die Sinkgeschwindigkeit mit dem Partikeldurchmesser in Beziehung. Die Röntgen-Sedimentationsmethode detektiert Änderungen der Suspensionsdichte. Sedimentation liefert eine massenbasierte Verteilung von etwa 0,1–100 µm.
Bildanalyse misst Partikelabmessungen direkt aus Mikroskop- oder Kamerabildern. Statische Bildanalyse misst Tausende von Partikeln auf einem Objektträger. Dynamische Bildanalyse erfasst fließende Partikel. Bildanalyse liefert neben der Größe auch Formparameter wie Aspektverhältnis, Rundheit und Konvexität.
Die Probenvorbereitung beeinflusst die Ergebnisse erheblich. Trockene Dispersion verwendet Druckluft für frei fließende Pulver. Nasse Dispersion suspendiert Partikel in einer Flüssigkeit mit Tensid und Beschallung, um Agglomerate zu brechen. Die Dispersionsbedingungen müssen für reproduzierbare Ergebnisse optimiert und dokumentiert werden.
