Difracción láser

Las mediciones por difracción láser captan información sobre la distribución del tamaño de las partículas al medir la intensidad de dispersión como función del ángulo de dispersión, la longitud de onda y la polarización de luz sobre la base de los modelos de dispersión correspondientes. Este es un método absoluto que no requiere de calibración. Las difracciones láser ofrecen una serie de ventajas que incluyen facilidad de uso, operación rápida, alto nivel de reproducibilidad e intervalo amplio de tamaños dinámicos, que se extiende casi cinco órdenes de magnitud, de nanómetros a milímetros. 

Durante las últimas dos décadas, la difracción láser ha reemplazado los métodos convencionales, como el tamizado y la sedimentación, para medir partículas más pequeñas que unos pocos milímetros, y ha reemplazado al microscopio óptico y de electrones para las partículas más grandes (> 50 µm). 

Inicialmente, el establecimiento del tamaño de las partículas mediante difracción láser se limitó al uso de la teoría de difracción de Fraunhofer . En la actualidad, los analizadores que emplean difracción láser superan los efectos de difracción simples. Los enfoques generales ahora se basan en la teoría de Mie  y se emplea la medición de la intensidad de dispersión en un intervalo angular de dispersión amplio. Además, a menudo se usan fuentes de luz no láser para complementar la principal fuente láser, a fin de obtener información adicional característica sobre las partículas submicrónicas.



Esquema típico de un instrumento de difracción láser y principales funciones de cada elemento.

El proceso comienza con una fuente de luz que genera un haz monocromático. Luego de atravesar varios componentes ópticos, el haz sin procesar crea un haz expandido y colimado que ilumina las partículas en el volumen de dispersión. Las partículas dispersan luz y generan patrones de dispersión angular únicos.

Estos patrones de dispersión se transforman en un patrón de intensidad espacial que detecta una matriz fotodetectora de múltiples elementos. Posteriormente, se procesa y digitaliza una fotocorriente, que crea un patrón de flujo de intensidad que se convierte en una distribución del tamaño de las partículas.

La mayoría de las partículas industriales se parecen mucho a esferas y los efectos de dispersión de las esquinas y los lados de estas partículas son lisos debido al movimiento rotativo y giratorio de la circulación de la muestra durante la medición. Esto permite la aplicación de la teoría de Mie o de Fraunhofer a los sistemas con un parámetro: el diámetro. Este método solo genera valores aparentes y su relevancia para reconocer el “tamaño” obtenido de la mayoría de las tecnologías de establecimiento del tamaño de las partículas (incluso la difracción láser) puede diferir de la dimensión real. Hasta la fecha, el modelo esférico constituye la única opción factible para los instrumentos comerciales diseñados para establecer el tamaño de una amplia variedad de muestras, independientemente del tamaño real de la partícula.

 


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