يقوم الباحثون باختبار حجم الجسيمات باستخدام جهاز تحليل حجم الجسيمات بالليزر بعد تصنيف واحد لمسحوق الكالسيوم الثقيل. ومن المثير للدهشة أن حجم الجسيمات الدقيقة قد تغير، وزادت قيمة D100. وبعد التصنيف الثاني، زادت قيمة D100 مرة أخرى، مما أدى إلى مزيد من الارتباك.
في البداية، كان هناك شك في أن مساحيق أخرى ربما تكون قد اختلطت بمسحوق الكالسيوم. ومع ذلك، بعد استبعاد هذا الاحتمال، استمرت المشكلة. لذا، دعونا نركز على عملية التصنيف وطرق الكشف لفهم سبب حدوث ذلك.
باستثناء تلوث:التركيز على التصنيف والكشف
من غير المحتمل أن يختلط بمساحيق أخرى، لذا دعنا نلقي نظرة على عملية التصنيف وطرق الكشف. فيما يلي تحليل بسيط لتوضيح الأمر.
معدات الطحن ووظيفة التصنيف
ال معدات الطحن يقوم هذا المصنف بدفع جزيئات المسحوق إلى داخل المصنف عبر تدفق هواء صاعد. يستخدم هذا المصنف، أو مصنف تدفق الهواء، قوة الطرد المركزي الميكانيكية لتسريع جزيئات المسحوق في تدفق الهواء. يتم دفع الجزيئات الأكبر إلى الخارج، فتصطدم بالجدار الحديدي وتفقد الطاقة الحركية، مما يتسبب في سقوطها مرة أخرى. وفي الوقت نفسه، تظل الجزيئات الأصغر في وسط تدفق الهواء ويتم نقلها إلى جامع الغبار أو مراحل المعالجة اللاحقة الأخرى.
محلل حجم الجسيمات بالليزر
يقوم جهاز تحليل حجم الجسيمات بالليزر باختبار أحجام الجسيمات عن طريق وضع جزيئات مسحوق مخففة الطور في محلول مائي. يستخدم المحلل مصدر ضوء واحد أو مزدوج بأطوال موجية محددة لتحفيز التداخل أو الانعراج. ويعتمد على نماذج مثل ميي أو فراونهوفر لمحاكاة تفاعل الضوء مع الجسيمات. ثم يقوم بحساب البيانات الإحصائية حول قطر الحجم.
نموذج MIE:تستخدم بشكل أساسي لأحجام الجسيمات على مستوى النانومتر.
نموذج فراونهوفر (نموذج F):مناسب بشكل أفضل لأحجام الجسيمات الأكبر.
إن المبدأ وراء هذه النماذج معقد، ولكن كل نموذج مصمم خصيصًا لنطاقات حجم الجسيمات المختلفة لتحليلنا.
لماذا يستمر D100 في الارتفاع؟
عندما يخضع المسحوق لتصنيفات متعددة، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة قيمة D100 (حجم الجسيمات الذي يكون عنده 100% من المادة أصغر) مع كل تصنيف. ويرجع هذا غالبًا إلى الأسباب التالية:
- إعادة توزيع الجسيمات:بعد كل تصنيف، قد تتم إزالة الجسيمات الدقيقة، مما يترك وراءه نسبة أكبر من الجسيمات الأكثر خشونة. والنتيجة هي تحول عام في توزيع حجم الجسيمات، مما يؤدي إلى زيادة قيمة D100.
- كفاءة المصنف:قد تتفاوت كفاءة المصنف، وخاصة عند التعامل مع المساحيق ذات توزيع حجم الجسيمات الواسع. وقد يسمح التصنيف غير المتسق للجسيمات الدقيقة بالعودة إلى النظام، مما يتسبب في حدوث تغييرات في نتائج حجم الجسيمات.
- تباين طريقة القياس:قد تؤدي طرق تحليل حجم الجسيمات بالليزر، وخاصة نماذج MIE و Fraunhofer، إلى حدوث تناقضات في القياس اعتمادًا على طبيعة الجسيمات وطول الموجة المستخدم للكشف.
دور D97 وD98 وD100 في تحليل حجم الجسيمات بالليزر
في مجال تحليل حجم الجسيمات، يميل الكثير من التركيز إلى أن يكون على د97 أو د98 القيم التي تمثل أحجام الجسيمات المقطوعة من الأعلى. في حين نادرًا ما يناقش الباحثون د100ومع ذلك، إذا قمت بفحص نتائج الاختبار عن كثب من أجهزة تحليل حجم الجسيمات بالليزر - سواء من Malvern أو Bexter أو غيرها من الأجهزة - فسوف تلاحظ أن د97 و د100 يمكن أن تختلف القيم بشكل كبير. هذا الاختلاف، الذي غالبًا ما يكون في نطاق 0.02% إلى 0.04%، يسلط الضوء على التعقيدات التي ينطوي عليها قياس حجم الجسيمات.
فهم القيمة
ال د100 تمثل القيمة حجم الجسيم الذي يكون عنده 100% للعينة أصغر. وفي حين أن هذه القيمة قد تبدو بالغة الأهمية، إلا أنها غالبًا ما تطغى عليها د97 و د98 القياسات التي تركز على نقطة القطع العليا. لا يرجع التناقض بين قيم D97 وD100 بالضرورة إلى أخطاء في عملية القياس، بل يرجع إلى الطبيعة غير المباشرة تحليل حجم الجسيمات بالليزر.
محلل حجم الجسيمات بالليزر: طريقة الكشف غير المباشرة
تستخدم أجهزة تحليل حجم الجسيمات بالليزر، مثل تلك التي تنتجها شركة Malvern أو Bexter، تدخل أو حيود نماذج لتقدير حجم جزيئات المسحوق. تطبق هذه المحللات نماذج رياضية محددة، مثل ميي أو فراونهوفر نموذج لحساب قطر الحجم على أساس موجات التداخل التي تنشأ عندما يتفاعل الضوء مع جزيئات المسحوق.
ومع ذلك، هذه العملية هي غير مباشر—تعتمد النماذج على الحسابات الإحصائية بدلاً من القياس المباشر. ونتيجة لذلك، قد تحدث أخطاء، وخاصة في التطرف من نطاق حجم الجسيمات، مثل أصغر أحجام الجسيمات (0%) وأكبرها (100%). تعني هذه الطبيعة الإحصائية أن التحليل قد يستبعد إحصائيًا بعض الجسيمات الكبيرة، والتي قد تكون نادرة جدًا أو كبيرة جدًا بالنسبة لطول موجة الضوء.
عدم الدقة الإحصائية في الجسيمات الكبيرة والصغيرة
غالبًا ما تكون دقة أجهزة تحليل حجم الجسيمات بالليزر محدودة بـ الحدود الإحصائية يتم تحديدها بواسطة النماذج. عندما يكون هناك عدد صغير من الجسيمات الدقيقة جدًا، قد يتم تجاهلها بسبب القيود الإحصائية في أخذ العينات. وعلى العكس من ذلك، مع زيادة عدد الجسيمات الأكثر خشونة، فإنها تدخل مجموعة العينات وتساهم في توزيع حجم الجسيمات الملحوظ. وهذا يؤدي إلى د100 القيم المتأثرة بهذه الحدود الإحصائية، والتي ترتبط بشكل جوهري بحدود إمكانية إعادة إنتاج المحلل واكتشافه.
خاتمة
توفر أجهزة تحليل حجم الجسيمات بالليزر بيانات إحصائية قيمة من خلال طريقة قياس غير مباشرة. فهي توفر إمكانية إعادة الإنتاج ضمن نطاقات حجم جسيمات معينة وهي مفيدة للغاية لتوجيه عمليات الإنتاج والتطبيق. يتكون المسحوق من مجموعة واسعة من أحجام الجسيمات، ويتطلب تحليل هذه الجسيمات فهم كل من الحدود القصوى الدقيقة والخشنة. توفر طرق القياس المباشرة، مثل المجهر الإلكتروني، نهجًا بصريًا أكثر دقة لمراقبة حجم الجسيمات ولكنها غالبًا ما تكون أكثر كثافة في استخدام الموارد.
يتضمن فهم الأسباب وراء التصنيفات المتعددة لمسحوق الكالسيوم الثقيل والتغييرات في D100 النظر في كل من عملية التصنيف والقيود المفروضة على طرق الكشف. تلعب دورات التصنيف المتعددة وسلوك المصنف، بالإضافة إلى النماذج المستخدمة بواسطة محلل حجم الجسيمات بالليزر، دورًا في التغييرات الملحوظة في توزيع حجم الجسيمات. من خلال تحسين عملية التصنيف وضمان طرق الكشف المتسقة، يمكن تقليل مشكلة زيادة قيم D100.