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Partikelgrößenverteilungen und Separationsgeschwindigkeitsverteilungen
1) Partikelseparationsgeschwindigkeitsverteilungen für die Qualitätskontrolle komplexer Produkte
Die Qualitätskontrolle ist der wesentliche Teil für die Herstellung zufriedenstellender Produkte. Dies betrifft die Kontrolle der Rohstoffe, Zwischen- und Endprodukte. Bei dispergierungsbezogenen Produkten kann es zu Veränderungen der Partikelgröße eines einzelnen Produkts kommen Komponente, des gesamten Systems oder in der Materialzusammensetzung, die sich auf die Qualität des Endprodukts auswirken würde. Daher hat eine integrale Methode zur Messung von Größen- und Dichteänderungen bzw. deren Verteilung Vorteile gegenüber der Bestimmung nur der Partikelgrößenverteilung. Partikelseparationsgeschwindigkeitsverteilungen werden experimentell gemessen,
basiert auf dem Primärprinzip und ohne Annahmen bezüglich Dispersionseigenschaften, Modellen oder Algorithmen. Partikelgeschwindigkeitsverteilungen werden bei Schwerkraft mit LUMiReader® PSA und bei höherer Schwerkraft mit LUMiSizer® bestimmt.
2) Extinktionsgewichtete Größenverteilung
Teilchengeschwindigkeitsverteilungen werden experimentell gemessen. basiert auf dem Primärprinzip und ohne Annahmen bezüglich Dispersionseigenschaften, Modellen oder Algorithmen. Experimentell ermittelte Geschwindigkeiten können transformiert werden in eine Partikelgrößenverteilung für die Schwerkraftsedimentation (ISO 13317-1:2001) und für die Zentrifugalsedimentation basierend (ISO 13318-1:2001 & ISO 13318-2:2007-09).
Das Ergebnis ist der Stokes-Durchmesser eines sedimentierenden Teilchens, genauer gesagt der äquivalente sphärische Stokesdurchmesser. Wenn die Partikelform bekannt ist, kann ein solcher Formeinfluss durch die Einführung entsprechender Faktoren berücksichtigt werden bzw. durch Formfaktoren in das grundlegende Stokes-Gesetz einfließen.
Grundsätzlich ist die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung lediglich eine Transformation von den berechneten Daten der Partikelgeschwindigkeitsverteilung. Es gibt
Keine Änderung des Verteilungsmusters oder der Modalität. Extinktionsgewichtete Größenverteilungen werden mit LUMiReader® PSA und LUMiSizer® bestimmt.
3) Volumengewichtete Größenverteilung
Die extinktionsgewichteten Partikelgrößenverteilung berücksichtigt nicht die optischen Eigenschaften der Dispersion. Die verschiedenen Partikelklassen, die zur
aufgenommenen Extinktionsintensität beitragen, sind nicht korrekt gewichtet. Die Unterschiede in den Brechungsindizes zwischen Partikeln und kontinuierlicher Phase und die geometrische Form der Partikel muss berücksichtigt werden, um die die korrekte Menge an Partikeln, die in definierten Größenverteilungsklassen vorhanden sind. Volumengewichtete Größenverteilungen werden mit LUMiReader® PSA und LUMiSizer® bestimmt.
4) LUMiSpoc® arbeitet gemäß ISO 21501-2:2019-11
Bestimmung der Partikelgrößenverteilung - Partikelmessung durch Lichtstreuung an Einzelpartikeln - Teil 2: Flüssigkeits-Streulichtpartikelzähler.
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Partikelkonzentration
Schnelle und präzise Zählung und Größenbestimmung aller Nano- und Mikropartikel in Suspensionen und Emulsionen. Der neue LUMiSpoc® quantifiziert die Größenverteilung dispergierter mono- und sehr polydisperser Partikel und zählt die Konzentration der Partikelklassen mithilfe der innovativen Single Particle Light Scattering (SPLS)-Technologie. Das hochentwickelte LUMiSpoc® misst gleichzeitig die Lichtstreuung in Vorwärts- und Seitwärtsrichtung, zeichnet sich durch eine beispiellose Auflösung und Dynamik, geringe Verdünnungsfaktoren und eine sehr kurze Messzeit aus.
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Emulsions- & Suspensionsanalyse
LUM-Messgeräte dienen zur direkten physikalischen Charakterisierung von Separation, Stabilität, Destabilisierung, uam. von Emulsionen, Suspensionen, Suspoemulsionen und Schäumen in Originalkonzentration mit unterschiedlichen Technologien, bei unterschiedlichen konstanten Temperaturen oder mit Temperaturrampen. In Echtzeit oder direkt physikalisch beschleunigt. Damit werden Formulierungen, Halbzeuge und Produkte in dem Zustand charakterisiert, in dem sie hergestellt, weiterverarbeitet, gelagert, appliziert bzw. konsumiert werden.
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Shelf Life - Lagerstabilität
ISO/TR 13097:2013
Guidelines for the characterization of dispersion stability
5 Prediction of the shelf life of a dispersion
5.1 General comments
“Shelf life is defined as the lifetime of a product (food, medicine, inks, cosmetics, etc.) during which there are no changes or variations greater than allowed by the product specification, meaning that the product is sufficiently stable and any destabilization phenomena that naturally occur are within tolerable limits. Strictly speaking, shelf life is not only related to the storage time (shelf time), but covers the total life span, from the production, storage, distribution, to the end of usage period with the end-user. It can be that for a given part of the shelf life, certain conditions (e.g. temperature) are expected to be met. There is no all-purpose method to calculate or predict shelf life of a dispersion. However by using appropriate techniques (see Clause 4) it is possible to analyse the time course of alteration of the dispersion state and to predict, in many cases, shelf life by data comparison or extrapolation.”
ISO/TR 13097:2013
Richtlinien für die Charakterisierung der Stabilität von Dispersionen
5 Vorhersage der Lagerfähigkeit einer Dispersion
5.1 Allgemeine Anmerkungen
"Die Haltbarkeit ist definiert als die Lebensdauer eines Produkts (Lebensmittel, Medikamente, Druckfarben, Kosmetika usw.), während derer keine Veränderungen oder Schwankungen auftreten, die über die von der Produktspezifikation erlaubten hinausgehen, was bedeutet, dass das Produkt ausreichend stabil ist und alle natürlich auftretenden Destabilisierungserscheinungen innerhalb tolerierbarer Grenzen liegen. Streng genommen bezieht sich die Haltbarkeitsdauer nicht nur auf die Lagerzeit (Shelf Time), sondern umfasst die gesamte Lebensdauer, von der Herstellung über die Lagerung und den Vertrieb bis hin zum Ende der Nutzungsdauer beim Endverbraucher. Es kann sein, dass für einen bestimmten Teil der Haltbarkeitsdauer bestimmte Bedingungen (z. B. die Temperatur) erfüllt sein müssen. Es gibt keine allgemeingültige Methode zur Berechnung oder Vorhersage der Haltbarkeitsdauer einer Dispersion. Mit Hilfe geeigneter Techniken (siehe Abschnitt 4) ist es jedoch möglich, den zeitlichen Verlauf der Veränderung des Dispersionszustands zu analysieren und in vielen Fällen die Haltbarkeitsdauer durch Datenvergleich oder Extrapolation vorherzusagen."
übersetzt nach: https://www.iso.org/standard/52802.html
LUM-Messgeräte werden für die vergleichende und prädiktive Analyse verwendet, wie in ISO/TR 13097 Kapitel 5.2 und 5.3 beschrieben und wie in ISO/TR 18811 verwiesen.
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Klebfestigkeitsprüfung & Haftkraftbestimmung
Kleben wird in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt und bietet viele Vorteile. Durch den zunehmenden Einsatz als Fügetechnik steigt auch der Bedarf an schnellen Prüfverfahren der Klebeverbindungseigenschaften. Neben der Verbindung verschiedener Materialklassen und der Spannungsverteilung über ganze Klebeflächen ist es möglich, zusätzliche Funktionen in die Klebelinien einzubauen, z.B. elektrische Leitfähigkeit durch Einschluss von Metallpartikeln. Neben der Möglichkeit, verschiedene Materialklassen zu verbinden und eine Spannungsverteilung über die gesamte Klebefläche bereitzustellen, können auch andere Ziele wie elektrische Leitfähigkeit oder Dichtzwecke untersucht werden. Durch die zunehmende Nutzung steigt auch der Bedarf an schnellen Testverfahren für die Eigenschaften von Klebeverbindungen. Die Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst die Eigenschaften vieler Produkte maßgeblich und kann durch Beschichtungen verändert werden. Neben der Festigkeitsbestimmung von Klebeverbindungen ist die Haftung von Beschichtungssystemen auf verschiedenen Untergründen ein wichtiges Anwendungsgebiet.
Die CAT (Centrifugal Adhesion Testing)-Technologie in LUMiFrac® bietet die Möglichkeit, mehrere Proben gleichzeitig unter jeweils identischen Testbedingungen zu testen, wodurch die Testdauer verkürzt wird.
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Bestimmung & Überwachung von Produktparametern
Die Überwachung der Produktzusammensetzung ist für die industrielle Prozesssteuerung unerlässlich. Heutzutage wird Inline-Lösungen klar der Vorzug gegeben. Produktqualitätsparameter müssen nahezu in Echtzeit beobachtet werden und der Sensor soll für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. LUM stellt die Multireflexionsspektroskopie (MRS) als innovative Technik bereit, die auf Multiwellenlängenreflektometrie zur In-situ-Qualitäts-/Prozesskontrolle von Suspensionen und Emulsionen basiert. Diese Technologie ist schnell, hat keinen direkten Kontakt zur Probe und ist ohne Chemikalien und Probenahme anwendbar.
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Einzelpartikelzählung
Partikelgröße, Größenverteilung und Partikelanzahl sind wichtige Merkmale in vielen Bereichen der Partikeltechnik. Auch die Kontaminationsanalyse und Klassifizierung von Nanomaterialien gemäß 2011/696 / EU erfordern genaue Daten zur zahlenbasierten Partikelgrößenverteilung und Partikelkonzentration.
Die LUM GmbH stellt hierfür das Messinstrument LUMiSpoc® bereit, das von der LUM GmbH entwickelt und dessen innovative Formgebung vom Stardesigner Luigi Colani entworfen wurde. Der LUMiSpoc® ist ein hochentwickeltes Einzelpartikel-Streulichtphotometer, dass die Partikelgrößenverteilung und Partikelkonzentration von Nano- und Mikropartikeln in Suspensionen und Emulsionen mit einer beispiellosen Auflösung und einem Dynamikbereich von unter 100 nm bis zu einigen Mikrometern bestimmt.
Basierend auf der SPLS-Technologie® (Single Particle Light-Scattering) misst der LUMiSpoc® die Intensität des Lichtes, dass von einzelnen Nano- und Mikropartikeln in verschiedene Richtungen gestreut wird, wenn diese nacheinander einen stark fokussierten Laserstrahl mit winzigem Querschnitt passieren. Die Partikeltrennung erfolgt durch hydrodynamische Fokussierung des Probenstroms. Der volumenkalibrierte Probenfluss ermöglicht eine genaue Messung der Partikelkonzentration.
Der LUMiSpoc® analysiert multimodale und sehr polydisperse reale Partikelsuspensionen und ermittelt kleinste Größenunterschiede bis in den Nanometerbereich.
Die Anwendungsgebiete der Einzelpartikelzählung inkludieren die Nanopartikelforschung, die fachübergreifende Partikelanalyse, die Filter- und Membrantestung, die Herstellung von pharmazeutischen Produkten, wie Impfstoffen, die Herstellung von Halbleitern, von Batterien und Energiespeichermaterialien.
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Der LUM-Wissenschaftspreis Young Scientist Award 2024 geht an Amin Said Amin, Universität Duisburg-Essen
