Analizadores de partículas: definición, funcionamiento, historia

Los analizadores de partículas son instrumentos de medición que registran las propiedades físicas de partículas individuales o de conjuntos completos de partículas, con el fin de derivar distribuciones de tamaño, parámetros de forma o valores de estabilidad. Se utilizan en todos los ámbitos donde las propiedades de las partículas de un material influyen directamente en la calidad del producto, el control del proceso o las propiedades de aplicación, desde la molienda hasta la cristalización, pasando por la formulación de dispersiones.

Los equipos incluidos en esta página utilizan diferentes principios de medición. En la difracción láser, una muestra de partículas se ilumina con luz láser; a partir del ángulo de difracción de la intensidad de la luz dispersada se calcula la distribución del tamaño de partícula. Las partículas más pequeñas generan ángulos de dispersión mayores que las partículas grandes. En el análisis de imagen dinámico, una cámara de alta velocidad capta ópticamente partículas individuales y determina el tamaño y la forma directamente a partir de los datos de imagen. Otro principio es la dispersión dinámica de luz, que se emplea especialmente en el rango nanométrico.

Además de estos métodos ópticos, existen sistemas basados en tecnología de rayos X, como el LUMiReader X-Ray de LUM, que caracteriza nano- y microdispersiones altamente concentradas sin necesidad de dilución previa. Un sistema analizador de partículas moderno consta generalmente de una unidad de dispersión (para individualizar las partículas en medición húmeda o seca), una unidad de medición o detección (láser, cámara o sensor) y un software de evaluación que convierte los datos brutos en una distribución del tamaño de partícula o un valor de forma. La dispersión determina en gran medida la reproducibilidad de la medición, razón por la cual fabricantes como Fritsch apuestan, en el ANALYSETTE 22 NeXT, por unidades de dispersión de bajo desgaste y mantenimiento reducido, que permiten tiempos de medición generalmente inferiores a un minuto.

¿Qué tipos de analizadores de partículas existen?

Los analizadores de tamaño de partícula constituyen el grupo más numeroso de esta página. Equipos como el sistema HELOS | RODOS | MYTOS & Co. de Sympatec cubren un rango de medición de menos de 0,1 µm a 8.750 µm, para lo cual utilizan hasta ocho módulos de rango de medición diferentes.

Los granulómetros como el OPUS de Sympatec están especialmente diseñados para la medición en tiempo real en entornos de proceso y, según la descripción del producto, también miden en líquidos ópticamente densos con un contenido de sólidos de hasta el 70 %, sin necesidad de diluir la muestra.

Los analizadores de nanopartículas detectan partículas en el rango nanométrico y, con frecuencia, también proporcionan información sobre la carga superficial de las partículas, como en el sistema combinado de tamaño y potencial zeta de Verder Scientific.

Los analizadores de partículas 3D como el MICROTRAC CAMSIZER X2+ apuestan por el análisis de imagen dinámico con alto rendimiento de muestras para captar con precisión, además del tamaño, la forma de los graneles.

Los analizadores de partículas en línea están diseñados para la monitorización continua del proceso, como el ParticleMaster inspex de LaVision, para el control de calidad automatizado directamente en la producción de partículas.

Analizadores de partículas en comparación: ¿por qué no los métodos clásicos?

Un analizador de partículas es un sistema de medición automatizado que presenta diferencias notables en velocidad y reproducibilidad frente a los métodos clásicos y manuales de caracterización de partículas. Métodos clásicos como el tamizado o la microscopía óptica manual también proporcionan información sobre el tamaño de partícula, pero alcanzan sus límites con partículas finas o de forma irregular.

El tamizado separa mecánicamente las partículas según el tamaño de malla y es adecuado sobre todo para fracciones más gruesas; sin embargo, no proporciona información sobre la forma de la partícula y prácticamente ya no es aplicable a partículas en el rango micrométrico o nanométrico. Los sistemas basados en difracción láser, como el sistema HELOS de Sympatec, cubren en cambio un rango de menos de 0,1 µm a 8.750 µm en una sola serie de mediciones.

La microscopía manual permite la evaluación visual de partículas individuales, pero resulta laboriosa para la evaluación estadísticamente relevante de grandes conjuntos de partículas. Los sistemas de análisis de imagen dinámico, como el QICPIC | PICTOS & Co. de Sympatec, automatizan este proceso mediante una cámara de alta velocidad de 4 megapíxeles, evaluando así un número de partículas estadísticamente representativo por medición.

Otra diferencia radica en la preparación de la muestra: mientras que muchos métodos clásicos requieren dilución o secado de la muestra, sistemas como el OPUS de Sympatec o el LUMiReader X-Ray de LUM están diseñados para medir directamente muestras con alto contenido de sólidos o dispersiones altamente concentradas, sin dilución. Esto reduce las fuentes de error derivadas de la propia preparación de la muestra y permite realizar mediciones más cercanas a las condiciones reales del proceso.

¿En qué ámbitos se aplican los analizadores de partículas?

Los analizadores de partículas son instrumentos de medición utilizados en prácticamente todos los sectores en los que las propiedades de las partículas determinan la calidad del producto o la estabilidad del proceso. Los equipos incluidos en esta página cubren un amplio espectro de aplicaciones.

Desarrollo de baterías e investigación de materiales: según la descripción del producto, el MultiScan MS 20 de DataPhysics se utiliza para el análisis cuantitativo de suspensiones de electrodos para baterías de iones de litio, con mediciones en un rango de temperatura de -10 °C a 80 °C. El LUMiReader X-Ray de LUM también está diseñado para aplicaciones en el desarrollo de baterías.

Análisis de materiales de construcción: el ANALYSETTE 22 NeXT de Fritsch se utiliza, entre otros ámbitos, en el análisis de materiales de construcción y cubre un rango de medición de 0,01 a 3.800 µm.

Fabricación aditiva e investigación académica: el MICROTRAC SYNC de Verder Scientific combina difracción láser y análisis de imagen dinámico en una sola medición y se utiliza en estos campos.

Desarrollo de formulaciones y análisis de dispersiones: sistemas como el NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO de Verder Scientific o el LUMiSpoc de LUM favorecen la detección temprana de inestabilidades en suspensiones y emulsiones.

Ejemplos típicos de aplicación práctica son:

• Control de la finura de molienda en la trituración de polvos
• Monitorización de procesos de cristalización en entornos de proceso
• Evaluación de la estabilidad coloidal de formulaciones antes de su lanzamiento al mercado
• Aseguramiento de la calidad de graneles mediante análisis combinado de tamaño y forma

Para usuarios que necesiten una medición en tiempo real durante el proceso en curso, el OPUS de Sympatec es una opción incluida en esta página. Quien desee combinar forma y tamaño de partícula en una sola medición encontrará en el MICROTRAC SYNC de Verder Scientific un sistema adecuado. Para el análisis de estabilidad de dispersiones, el MultiScan MS 20 de DataPhysics está representado entre los productos incluidos.

Tecnología e innovaciones

La analítica de partículas es un campo en el que los principios de medición individuales se combinan cada vez más para captar varias propiedades de las partículas en una sola medición. Un ejemplo de ello es el MICROTRAC SYNC de Verder Scientific, que, según la descripción del producto, realiza de forma sincronizada y patentada la difracción láser y el análisis de imagen dinámico sobre la misma muestra en la misma celda de muestra.

Otra tendencia de desarrollo es la combinación de la medición de tamaño y carga en un solo sistema, tal como implementa el NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO de Verder Scientific: la distribución de tamaño y el potencial zeta se registran aquí en un flujo de trabajo conjunto, lo que, según el fabricante, facilita la detección temprana de inestabilidades en la dispersión.

También se están logrando avances fuera de los métodos ópticos clásicos: el LUMiReader X-Ray de LUM utiliza tecnología de rayos X para caracterizar directamente —sin dilución— pastas y pigmentos altamente concentrados y ópticamente opacos, determinando al mismo tiempo el tamaño de partícula y el comportamiento de sedimentación. Para la monitorización continua del proceso, el ParticleMaster inspex de LaVision apuesta por una caracterización en línea que permite un control de calidad automatizado directamente en el proceso de producción, en lugar de analizar la muestra fuera de línea en el laboratorio.

Preguntas frecuentes

¿Cómo elijo el analizador de partículas adecuado para mi laboratorio?

La elección depende del rango de medición necesario, del tipo de muestra (sólida, líquida, dispersión) y de si se desea medir el tamaño, la forma o ambos. Para rangos de medición amplios son adecuados los sistemas de difracción láser, como el sistema HELOS de Sympatec; para el análisis combinado de tamaño y forma, los sistemas de análisis de imagen dinámico, como el MICROTRAC CAMSIZER X2+.

¿Qué analizadores de partículas son adecuados para mediciones en el rango nanométrico?

Para el rango nanométrico son adecuados los sistemas con dispersión dinámica de luz o recuento óptico de partículas individuales, como el NANOTRAC FLEX and STABINO ZETA Particle Analyzers DUO de Verder Scientific o el LUMiSpoc de LUM, que detecta partículas desde menos de 100 nm hasta unos pocos micrómetros.

¿Cuánto dura una medición típica con un analizador de partículas?

Esto depende del equipo: en el ANALYSETTE 22 NeXT de Fritsch, el tiempo de medición, según la descripción del producto, suele ser inferior a un minuto, ya que el proceso de medición puede programarse mediante procedimientos normalizados de trabajo (SOP).

¿Se pueden utilizar los analizadores de partículas directamente en el proceso de producción?

Sí, para ello están diseñados equipos en línea y de proceso como el OPUS de Sympatec o el ParticleMaster inspex de LaVision. Estos permiten una medición en tiempo real en entornos de proceso, en algunos casos sin dilución de la muestra.

¿Qué preparación de muestra es necesaria para un analizador de partículas?

El esfuerzo requerido varía considerablemente según el principio de medición: mientras que algunos sistemas requieren la dilución de la muestra, equipos como el OPUS de Sympatec o el LUMiReader X-Ray de LUM están diseñados para medir directamente muestras con alto contenido de sólidos o dispersiones altamente concentradas.

¿Cuál es la diferencia entre la difracción láser y el análisis de imagen dinámico?

En la difracción láser, el tamaño de partícula se calcula a partir del ángulo de la luz dispersada de un haz láser, mientras que el análisis de imagen dinámico capta ópticamente las partículas mediante una cámara y, además, deriva de ello parámetros de forma. Sistemas como el MICROTRAC SYNC de Verder Scientific combinan ambos principios en una sola medición.

Resumen final

Los analizadores de partículas abarcan diferentes principios de medición —difracción láser, análisis de imagen dinámico, dispersión dinámica de luz y métodos basados en rayos X—, cada uno adecuado para determinados rangos de tamaño de partícula y tipos de muestra. Los productos incluidos en esta página muestran la amplitud de aplicaciones, desde el laboratorio hasta el proceso. La elección del equipo adecuado depende principalmente del rango de medición necesario, de la naturaleza de la muestra y de si, además del tamaño, también resultan de interés la forma o la estabilidad de una dispersión. Una revisión cuidadosa de las especificaciones técnicas de los productos incluidos ayuda a identificar el modelo más adecuado para la aplicación correspondiente.