پارتیکل سایز آنالایزر

اندازه و توزیع ذرات یکی از پارامترهای مهم در کنترل کیفیت، تحقیق و توسعه و ارزیابی عملکرد بسیاری از مواد است. ویژگی هایی مانند اندازه ذرات، توزیع اندازه، میزان تجمع ذرات و نحوه پراکندگی آن ها می تواند بر رفتار فیزیکی، پایداری، واکنش پذیری، سرعت انحلال، جریان پذیری و عملکرد نهایی یک ماده تأثیر بگذارد. به همین دلیل، پارتیکل سایز آنالایزر یا Particle Size Analyzer به عنوان یکی از تجهیزات تخصصی آنالیز ذرات در بسیاری از آزمایشگاه های تحقیقاتی، کنترل کیفیت و واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

پارتیکل سایز آنالایزر برای تعیین اندازه ذرات و به دست آوردن توزیع اندازه ذرات (Particle Size Distribution) طراحی شده است. این تجهیزات می توانند با استفاده از روش های مختلف اندازه گیری، اطلاعاتی درباره نحوه توزیع ذرات در یک نمونه ارائه کنند. یکی از رایج ترین فناوری های مورد استفاده در تجهیزات مدرن، پراش لیزری (Laser Diffraction) است که در استاندارد ISO 13320:2020 نیز برای اندازه گیری توزیع اندازه ذرات مورد توجه قرار گرفته است. این استاندارد کاربرد روش پراش لیزری را برای طیف گسترده ای از سیستم های دو فازی مانند پودرها، اسپری ها، آئروسل ها، سوسپانسیون ها و امولسیون ها پوشش می دهد.

نقش پارتیکل سایز آنالایزر در آنالیز و کنترل کیفیت

در بسیاری از فرآیندهای آزمایشگاهی، صرفاً دانستن اینکه یک ماده از ذرات تشکیل شده است کافی نیست؛ بلکه باید مشخص شود این ذرات چه اندازه ای دارند و چگونه در محدوده های مختلف اندازه توزیع شده اند.

برای مثال، دو نمونه ممکن است میانگین اندازه ذرات مشابهی داشته باشند، اما توزیع اندازه آن ها متفاوت باشد. یکی از نمونه ها ممکن است توزیع نسبتاً یکنواختی داشته باشد، در حالی که نمونه دیگر شامل مقدار قابل توجهی ذرات بسیار ریز و درشت باشد. این تفاوت می تواند در فرآیندهایی مانند اختلاط، انحلال، رسوب، پراکندگی، فشرده سازی و انتقال مواد اهمیت زیادی داشته باشد.

پارتیکل سایز آنالایزر با اندازه گیری و تحلیل توزیع اندازه ذرات، امکان بررسی این تفاوت ها را فراهم می کند. به همین دلیل، این دستگاه فقط یک ابزار اندازه گیری ساده نیست و در بسیاری از فرآیندهای تحقیقاتی و کنترل کیفیت، بخشی از سیستم ارزیابی ویژگی های فیزیکی مواد محسوب می شود.

در صنایع دارویی، غذایی، شیمیایی، معدنی، سرامیک، رنگ و پوشش، مواد آرایشی، باتری و بسیاری از حوزه های دیگر، اندازه ذرات می تواند یکی از شاخص های مؤثر بر کیفیت محصول باشد.

فناوری های مورد استفاده در پارتیکل سایز آنالایزر

تجهیزات آنالیز اندازه ذرات می توانند بر اساس اصول فیزیکی مختلفی کار کنند. روش مناسب به نوع ماده، محدوده اندازه مورد انتظار، شکل ذرات و هدف آزمایش بستگی دارد.

یکی از مهم ترین فناوری های مورد استفاده در دستگاه های امروزی، Laser Diffraction  یا پراش لیزری است. در این روش، نمونه در معرض پرتو لیزر قرار می گیرد و شدت نور پراکنده شده توسط ذرات در زوایای مختلف اندازه گیری می شود. سپس نرم افزار دستگاه با تحلیل الگوی پراکندگی، توزیع اندازه ذرات را محاسبه می کند.

ساختار یک سیستم پراش لیزری معمولاً شامل بخش نوری، آشکارسازها، سیستم ارائه یا پراکنده سازی نمونه و نرم افزار تحلیل داده است. کیفیت پراکندگی نمونه اهمیت زیادی دارد؛ زیرا اگر ذرات در زمان اندازه گیری به صورت نامناسب تجمع داشته باشند، نتیجه می تواند نماینده وضعیت واقعی نمونه نباشد. استاندارد ISO/TS 5973:2024 نیز به موضوعاتی مانند انتخاب روش، آماده سازی نمونه، پراکندگی، بررسی عملکرد دستگاه، تفسیر داده ها و ارزیابی کیفیت نتایج توجه دارد.

اندازه گیری توزیع اندازه ذرات چگونه انجام می شود؟

در یک اندازه گیری معمول، ابتدا نمونه برای ورود به سیستم آنالیز آماده می شود. این مرحله بسته به نوع نمونه می تواند شامل پراکنده سازی در یک محیط مایع یا آماده سازی برای پراکنده سازی خشک باشد.

پس از قرارگیری ذرات در مسیر اندازه گیری، پرتو نور با نمونه برهم کنش می کند. ذرات باعث پراکندگی نور می شوند و آشکارسازهای دستگاه شدت نور پراکنده شده را در زوایای مختلف ثبت می کنند.

نرم افزار دستگاه سپس اطلاعات نوری را با استفاده از مدل های ریاضی و نوری مناسب پردازش کرده و توزیع اندازه ذرات را محاسبه می کند.

در روش پراش لیزری، اندازه ذرات معمولاً به صورت قطر معادل یک ذره کروی بیان می شود. بنابراین، شکل واقعی ذرات می تواند بر نتیجه اندازه گیری تأثیر داشته باشد و باید هنگام تفسیر داده ها به این موضوع توجه کرد. ISO 13320 نیز تصریح می کند که در این روش، توزیع گزارش شده بر مبنای مدلی است که الگوی پراکندگی اندازه گیری شده را با مجموعه ای از ذرات کروی معادل مرتبط می کند.

اهمیت آماده سازی و پراکنده سازی نمونه

یکی از مهم ترین عوامل مؤثر بر کیفیت نتیجه در آنالیز اندازه ذرات، آماده سازی صحیح نمونه است.

ذرات یک نمونه ممکن است به صورت طبیعی تمایل به تجمع داشته باشند. اگر این تجمع ها در زمان اندازه گیری از یکدیگر جدا نشوند، دستگاه ممکن است آن ها را به عنوان ذرات بزرگ تر شناسایی کند. در مقابل، پراکنده سازی بیش از حد نیز ممکن است در برخی نمونه ها وضعیت واقعی ماده را تغییر دهد.

بنابراین، انتخاب روش پراکنده سازی باید متناسب با ماهیت ماده انجام شود.

در سیستم های مایع، نوع محیط پراکنده کننده، غلظت نمونه و شرایط اختلاط می توانند بر وضعیت پراکندگی تأثیر بگذارند. در نمونه های جامد نیز نحوه انتقال و پراکنده سازی ذرات در مسیر اندازه گیری اهمیت دارد.

به همین دلیل، پارتیکل سایز آنالایزر را نباید صرفاً بر اساس محدوده اندازه گیری انتخاب کرد. سیستم آماده سازی نمونه و نحوه ارائه نمونه به دستگاه نیز بخشی از فرآیند آنالیز است. منابع تخصصی تولیدکنندگان تجهیزات پراش لیزری نیز پراکنده سازی را یکی از عوامل مهم در دقت، تکرارپذیری و قابلیت تفسیر نتایج معرفی می کنند.

پارامترهای مهم در گزارش اندازه ذرات

خروجی یک دستگاه آنالیز اندازه ذرات معمولاً به یک عدد محدود نمی شود. هدف اصلی، بررسی توزیع اندازه ذرات است و نرم افزار می تواند پارامترهای مختلفی را برای توصیف این توزیع ارائه کند.

یکی از مفاهیم رایج در گزارش های اندازه ذرات، مقادیر D10 ، D50  و D90 است.

به صورت کلی:

• D10 اندازه ای است که حدود ۱۰ درصد از توزیع ذرات در پایین تر از آن قرار می گیرند.
• D50 یا Median نشان دهنده میانه توزیع است.
• D90 اندازه ای است که حدود ۹۰ درصد از توزیع در پایین تر از آن قرار دارند.

این پارامترها در کنار نمودار توزیع اندازه ذرات می توانند تصویر مناسب تری از وضعیت نمونه ارائه دهند.

در تفسیر نتایج باید توجه داشت که یک مقدار منفرد مانند D50 به تنهایی همیشه برای توصیف کامل نمونه کافی نیست. شکل توزیع، پهنای توزیع و وجود بخش های ریز یا درشت نیز می توانند برای کنترل کیفیت اهمیت داشته باشند.

تفاوت پارتیکل سایز آنالایزر مایع و جامد

در دسته بندی محصولات لاله تجهیز آزما، پارتیکل سایز آنالایزر مایع و پارتیکل سایز آنالایزر جامد دو گروه اصلی این تجهیزات هستند.

تفاوت اصلی آن ها به نحوه ارائه و آماده سازی نمونه مربوط می شود، نه اینکه هدف اندازه گیری کاملاً متفاوتی داشته باشند.

پارتیکل سایز آنالایزر مایع

در نمونه های مایع، ذرات می توانند به شکل سوسپانسیون، امولسیون یا سیستم های مشابه در یک محیط مایع قرار داشته باشند. در چنین شرایطی، دستگاه و سیستم آماده سازی نمونه باید بتوانند ذرات را به شکل مناسبی در محیط اندازه گیری قرار دهند.

این گروه می تواند برای طیف متنوعی از نمونه های پراکنده در مایع مورد استفاده قرار گیرد و در آزمایشگاه هایی که بخش قابل توجهی از نمونه ها به صورت سوسپانسیون یا امولسیون هستند، اهمیت ویژه ای دارد.

برای بررسی ساختار، نحوه آماده‌ سازی و ویژگی‌ های تخصصی این گروه، می‌ توان به صفحه پارتیکل سایز آنالایزر مایع در سایت لاله تجهیز آزما مراجعه کرد.

پارتیکل سایز آنالایزر جامد

در نمونه های جامد، به ویژه پودرها و مواد دانه ای، نحوه پراکنده سازی ذرات و انتقال آن ها به ناحیه اندازه گیری اهمیت زیادی دارد.

سیستم های اندازه گیری خشک می توانند برای موادی که آماده سازی آن ها به صورت مایع مناسب نیست یا ماهیت نمونه استفاده از پراکنده کننده مایع را دشوار می کند، گزینه مناسبی باشند.

در برخی کاربردها مانند پودرهای صنعتی، مواد معدنی، رنگدانه ها و برخی مواد دارویی و شیمیایی، اندازه گیری مستقیم نمونه جامد می تواند فرآیند آماده سازی را ساده تر کند.

جزئیات مربوط به این گروه در صفحه پارتیکل سایز آنالایزر جامد به صورت تخصصی بررسی خواهد شد.

مقایسه کلی دو گروه پارتیکل سایز آنالایزر

این جدول یک مقایسه کلی برای انتخاب اولیه است و انتخاب نهایی باید با توجه به ویژگی های واقعی نمونه و روش اندازه گیری مورد نیاز انجام شود.

محدوده اندازه گیری در پارتیکل سایز آنالایزر

محدوده اندازه گیری یکی از نخستین مشخصاتی است که هنگام انتخاب پارتیکل سایز آنالایزر بررسی می شود. با این حال، نباید تنها بر اساس بزرگ ترین و کوچک ترین عدد درج شده در کاتالوگ تصمیم گرفت.

استاندارد ISO 13320:2020 محدوده تقریبی ۰٫۱ میکرومتر تا ۳ میلی متر را برای روش پراش لیزری بیان می کند و اشاره می کند که با تجهیزات و شرایط ویژه می توان این محدوده را در برخی کاربردها گسترش داد.

بنابراین، محدوده مناسب دستگاه باید با توزیع واقعی نمونه مطابقت داشته باشد. اگر ماده مورد آزمایش بخش قابل توجهی از ذرات خود را خارج از محدوده بهینه دستگاه داشته باشد، صرفاً داشتن یک دستگاه با مشخصات اسمی بالا تضمین کننده نتیجه مناسب نخواهد بود.

همچنین نوع ماده، ضریب شکست، جذب نوری، شکل ذرات و نحوه پراکنده سازی می توانند در انتخاب روش و شرایط اندازه گیری مؤثر باشند.

کاربردهای پارتیکل سایز آنالایزر در صنایع مختلف

اندازه گیری ذرات در طیف گسترده ای از صنایع کاربرد دارد. در هر صنعت، دلیل استفاده از دستگاه ممکن است متفاوت باشد، اما هدف مشترک، شناخت بهتر توزیع اندازه و کنترل ویژگی های فیزیکی ماده است.

صنایع دارویی

در تولید و توسعه مواد دارویی، اندازه ذرات برخی مواد اولیه و محصولات می تواند با ویژگی هایی مانند سرعت انحلال، یکنواختی و رفتار فرآیندی ارتباط داشته باشد.

به همین دلیل، پارتیکل سایز آنالایزر می تواند در تحقیق و توسعه، کنترل مواد اولیه و بررسی یکنواختی برخی مواد مورد استفاده قرار گیرد.

صنایع غذایی

در مواد غذایی پودری، سوسپانسیون ها، امولسیون ها و برخی مواد اولیه، اندازه ذرات می تواند بر ویژگی هایی مانند بافت، پایداری، پراکندگی و رفتار فرآیندی تأثیر داشته باشد.

اندازه گیری توزیع ذرات می تواند اطلاعات لازم برای کنترل و مقایسه بچ های مختلف را فراهم کند.

صنایع رنگ و پوشش

رنگدانه ها و مواد مورد استفاده در فرمولاسیون پوشش ها نیازمند کنترل مناسب اندازه ذرات هستند. توزیع نامناسب می تواند بر پراکندگی، ظاهر، پوشش دهی و ویژگی های نهایی محصول تأثیر بگذارد.

استاندارد ISO 8130-13 نیز روش اندازه گیری توزیع اندازه ذرات پودرهای پوشش دهی با استفاده از پراش لیزری را پوشش می دهد.

صنایع معدنی و مواد اولیه

در مواد معدنی، پودرها و مواد فرآوری شده، اندازه ذرات یکی از پارامترهای مهم در بررسی فرآیند خردایش، آسیاب، طبقه بندی و کیفیت محصول است.

آنالیز اندازه ذرات می تواند به بررسی تغییرات ماده قبل و بعد از فرآیند کمک کند.

صنایع شیمیایی

مواد شیمیایی جامد، پودرها، سوسپانسیون ها و امولسیون ها ممکن است به کنترل اندازه ذرات نیاز داشته باشند. در چنین کاربردهایی، انتخاب روش مناسب آماده سازی و اندازه گیری اهمیت زیادی دارد.

باتری و مواد پیشرفته

در توسعه مواد مورد استفاده در باتری ها و مواد پیشرفته، ویژگی های ذرات می تواند بخشی از مشخصات مهم ماده باشد. تجهیزات مدرن آنالیز ذرات می توانند برای بررسی مواد پودری و نمونه های با غلظت جامد بالا نیز مورد استفاده قرار گیرند. برای نمونه، برخی سامانه های تجاری امروزی کاربردهای مربوط به مواد باتری را در کنار سایر نمونه های جامد و مایع پوشش می دهند.

پارتیکل سایز آنالایزر در تحقیق و توسعه

در واحدهای تحقیق و توسعه، هدف تنها کنترل یک محصول نهایی نیست؛ بلکه رفتار مواد در مراحل مختلف فرمولاسیون و فرآیند نیز باید بررسی شود.

با استفاده از Particle Size Analyzer  می توان نمونه های مختلف را با یکدیگر مقایسه کرد و تغییرات توزیع اندازه ذرات را در اثر فرآیندهایی مانند آسیاب، اختلاط، خشک کردن یا فرمولاسیون بررسی کرد.

این قابلیت به خصوص زمانی اهمیت پیدا می کند که تغییرات کوچک در فرآیند بتواند ویژگی های فیزیکی محصول نهایی را تحت تأثیر قرار دهد.

دقت و تکرارپذیری در آنالیز اندازه ذرات

دقت دستگاه تنها یکی از عوامل مؤثر بر کیفیت نتیجه است. یک سیستم اندازه گیری مناسب باید بتواند نتایج تکرارپذیر ارائه کند و شرایط اندازه گیری نیز باید تا حد امکان کنترل شده باشد.

پارامترهایی مانند:

• نحوه آماده سازی نمونه
• غلظت نمونه
• شرایط پراکنده سازی
• انتخاب محیط پراکنده کننده
• مدل نوری مورد استفاده
• محدوده اندازه گیری
• کالیبراسیون و کنترل عملکرد دستگاه
• روش پردازش و گزارش داده ها

می توانند بر نتیجه نهایی تأثیر داشته باشند.

به همین دلیل، ارزیابی کیفیت یک پارتیکل سایز آنالایزر باید فراتر از یک مشخصه مانند «رزولوشن» یا «محدوده اندازه گیری» باشد. ISO 13320:2020 نیز بخش هایی را به دقت، تکرارپذیری و احراز صلاحیت دستگاه اختصاص داده است.

اهمیت نرم افزار در پارتیکل سایز آنالایزر

نرم افزار بخش مهمی از سیستم های مدرن آنالیز اندازه ذرات است. پس از دریافت اطلاعات از آشکارسازها، داده های حاصل باید پردازش و به شکل قابل تفسیر ارائه شوند.

نرم افزار می تواند امکان مشاهده نمودار توزیع، محاسبه پارامترهای آماری، مقایسه نتایج و تهیه گزارش را فراهم کند. در تجهیزات پیشرفته تر، امکانات مربوط به مدیریت روش های اندازه گیری، کنترل کیفیت داده ها و ثبت سوابق نیز ممکن است در نظر گرفته شود.

بنابراین، هنگام خرید دستگاه بهتر است علاوه بر بخش اپتیکی و سخت افزاری، قابلیت های نرم افزار و نحوه گزارش دهی نتایج نیز بررسی شود.

چه عواملی در انتخاب پارتیکل سایز آنالایزر اهمیت دارند؟

انتخاب پارتیکل سایز آنالایزر باید بر اساس نیاز واقعی آزمایشگاه انجام شود. برخی از مهم ترین عوامل عبارت اند از:

1) نوع نمونه

ابتدا باید مشخص شود نمونه به صورت پودر، ذرات جامد، سوسپانسیون، امولسیون یا شکل دیگری است. این موضوع مستقیماً روی انتخاب سیستم اندازه گیری و آماده سازی نمونه اثر می گذارد.

2) محدوده اندازه ذرات

محدوده مورد انتظار ذرات باید با محدوده کاری واقعی دستگاه همخوانی داشته باشد. توجه به کل توزیع ذرات اهمیت بیشتری از بررسی یک مقدار اسمی دارد.

3) روش پراکنده سازی

برای نمونه های مختلف، روش پراکنده سازی یکسان نیست. برخی مواد در محیط مایع به خوبی پراکنده می شوند، در حالی که برخی دیگر برای اندازه گیری خشک مناسب تر هستند.

4) تعداد و نوع نمونه ها

اگر آزمایشگاه روزانه تعداد زیادی نمونه را بررسی می کند، سرعت آماده سازی، اتوماسیون و سهولت کاربری می تواند اهمیت بیشتری پیدا کند.

5) دقت و تکرارپذیری

برای کاربردهای کنترل کیفیت، امکان دستیابی به نتایج پایدار و قابل تکرار اهمیت زیادی دارد.

6) نرم افزار و گزارش دهی

امکان ذخیره، پردازش، مقایسه و گزارش نتایج می تواند فرآیند کنترل کیفیت را ساده تر کند.

7) قابلیت توسعه سیستم

در برخی آزمایشگاه ها ممکن است در آینده نیاز به اندازه گیری نمونه های متنوع تر ایجاد شود. بنابراین قابلیت استفاده از سیستم های مختلف آماده سازی نمونه می تواند در انتخاب دستگاه اهمیت داشته باشد.

استانداردهای مرتبط با آنالیز اندازه ذرات

استانداردها نقش مهمی در ایجاد روش های قابل مقایسه برای اندازه گیری اندازه ذرات دارند.

مهم ترین استاندارد عمومی برای روش پراش لیزری، ISO 13320:2020 – Particle size analysis — Laser diffraction methods  است. این استاندارد اصول، الزامات و ملاحظات مرتبط با اندازه گیری توزیع اندازه ذرات با روش پراش لیزری را پوشش می دهد و نسخه 2020 آن در حال حاضر نسخه جاری استاندارد محسوب می شود.

همچنین ISO/TS 5973:2024  با تمرکز بر Good Practice در اندازه گیری پراش لیزری، موضوعاتی مانند انتخاب روش، آماده سازی نمونه، پراکنده سازی، بررسی عملکرد دستگاه و ارزیابی کیفیت داده ها را مورد توجه قرار می دهد.

برای برخی مواد خاص نیز استانداردهای اختصاصی وجود دارد؛ برای مثال ISO 8130-13:2019 روش اندازه گیری اندازه ذرات پودرهای پوشش دهی با پراش لیزری را مشخص می کند.

بنابراین، هنگام انتخاب دستگاه برای یک کاربرد صنعتی یا آزمایشگاهی مشخص، علاوه بر مشخصات فنی دستگاه، استاندارد روش آزمون مورد نیاز آن کاربرد نیز باید بررسی شود.

راهنمای خرید پارتیکل سایز آنالایزر

پیش از خرید، بهتر است مشخصات نمونه و نیاز واقعی آزمایشگاه به صورت دقیق مشخص شود. انتخاب دستگاه صرفاً بر اساس نام برند یا بیشترین محدوده اندازه گیری ممکن است باعث شود تجهیزی تهیه شود که با روش کاری آزمایشگاه تناسب کامل نداشته باشد.

در قدم اول باید نوع نمونه مشخص شود. سپس محدوده تقریبی اندازه ذرات، توزیع مورد انتظار، میزان تمایل به تجمع، تعداد نمونه های روزانه و روش آماده سازی مناسب بررسی شود.

در مرحله بعد باید فناوری اندازه گیری و محدوده کاری دستگاه با نیاز آزمایشگاه تطبیق داده شود. اگر قرار است نمونه های متنوعی بررسی شوند، انعطاف پذیری سیستم آماده سازی نمونه نیز اهمیت پیدا می کند.

همچنین بهتر است مواردی مانند تکرارپذیری، روش کنترل عملکرد دستگاه، نرم افزار، امکانات گزارش دهی، سهولت استفاده و خدمات فنی پس از فروش نیز در فرآیند انتخاب در نظر گرفته شوند.

در کاربردهای حساس، بررسی سازگاری روش اندازه گیری با استاندارد مورد استفاده در آزمایشگاه نیز ضروری است.

جمع بندی

پارتیکل سایز آنالایزر یکی از تجهیزات تخصصی برای بررسی اندازه و توزیع اندازه ذرات است و در حوزه هایی مانند داروسازی، صنایع غذایی، مواد شیمیایی، معدن، رنگ و پوشش، سرامیک، مواد پیشرفته و تحقیق و توسعه کاربرد دارد.

روش پراش لیزری یکی از مهم ترین فناوری های مورد استفاده در این تجهیزات است و استاندارد ISO 13320:2020 چارچوب مشخصی برای اندازه گیری اندازه ذرات با این روش ارائه می کند. با این حال، کیفیت نتیجه تنها به فناوری دستگاه وابسته نیست و آماده سازی و پراکنده سازی صحیح نمونه، محدوده اندازه گیری، شرایط آزمون و نحوه تحلیل داده ها نیز اهمیت دارند.

در لاله تجهیز آزما، این تجهیزات در دو گروه پارتیکل سایز آنالایزر مایع و پارتیکل سایز آنالایزر جامد ارائه می شوند تا انتخاب دستگاه بر اساس ماهیت نمونه و روش اندازه گیری مورد نیاز انجام شود.

برای انتخاب دقیق تر، بهتر است پیش از خرید، نوع نمونه، محدوده اندازه ذرات، روش پراکنده سازی، تعداد نمونه ها و استاندارد مورد استفاده مشخص شود. کارشناسان لاله تجهیز آزما نیز می توانند در بررسی مشخصات نمونه و انتخاب تجهیزات متناسب با نیاز آزمایشگاه راهنمایی ارائه کنند.

برای دریافت مشاوره تخصصی و بررسی گزینه های مناسب، با کارشناسان لاله تجهیز آزما تماس بگیرید.