Les instruments pour faire le calibrage et la caractérisation des particules

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Les instruments pour faire le calibrage et la caractérisation des particules

Les systèmes particulaires présentent un certain niveau de complexité dans leur structuration. Qu’ils soient dans un échantillon ou sur du matériau brut, dans un état liquide ou dans un état solide, la maîtrise de leurs caractéristiques permet alors de les exploiter de la bonne façon. Pour calibrer et caractériser les particules, diverses méthodes scientifiques ont ainsi pu voir le jour. Celles-ci se basent sur des technologies de pointe, qui sont améliorées d’année en année. Voici l’essentiel à savoir sur les instruments et les techniques de calibrage et de caractérisation des particules.

Instrument d’analyse granulométrique par ²iffraction laser

L’instrument d’analyse par diffraction laser fait partie des instruments de calibrage de particules les plus utilisés. Et pour cause, il propose une large plage sur laquelle la diffraction laser permet d’obtenir des mesures.

La diffraction laser, une technique de mesure de particules plébiscitée pour son efficacité

Par diffraction laser on peut mesurer des particules de taille submicronique, mais également des particules de taille millimétrique. Cette méthode de mesure particulaire garantit des opérations de mesure plus précises que celles que permettent l’analyse des tamis et d’autres méthodes traditionnelles. Elle est alors devenue la norme dans de nombreuses industries (industrie du ciment, industrie pétrolière, etc.). Vous pouvez en apprendre davantage sur la granulométrie à diffraction laser en consultant des sites spécialisés dans la vente d’appareillages scientifiques. Entre autres, vous y découvrirez les principes de calibrage auxquels obéit la granulométrie par diffraction laser.

granulométrie diffraction laser

Granulométrie par diffraction laser : comment ça marche ?

Pour mesurer la taille des particules, la technique de la diffraction laser s’appuie sur les variations d’angle observées dans la diffusion de la lumière quand les particules sont frappées par un faisceau laser. Pour les particules de grande taille, la lumière est diffusée dans un rayon réduit. Par contre, avec les petites particules, les angles de diffusion de la lumière sont plus larges. L’intensité de la diffusion vers l’avant sera alors plus ou moins importante selon la taille de la particule (grosse ou petite).

De façon pratique, pour calibrer des particules par diffraction laser, on les fait passer à travers un rayon laser. En fonction de leur taille, et donc de l’angle de la lumière diffractée, les particules créent des images de diffraction. L’analyse de ces dernières est l’étape décisive de la mesure de la taille des particules. Suivant la théorie de Mie ou la théorie de Fraunhofer, des sphères sont obtenues par une modélisation optique et des calculs mathématiques, dont le volume équivaut à la grosseur de chaque particule et dont le diamètre correspond à la taille de la particule.

Analyse par diffusion dynamique de la lumière

L’analyse par diffusion dynamique de la lumière (en anglais dynamic light scattering ou DLS) est particulièrement adaptée pour la caractérisation des nanoparticules.

Caractérisation des particules par la DLS : quels sont les secteurs d’application ?

Cette technique de mesure des dimensions particulaires est très employée dans les industries manipulant des composés chimiques de taille infiniment petite (industrie biochimique, industrie pharmaceutique, industrie agroalimentaire, etc.). Ce sont les analyseurs de taille de nanoparticules qui permettent d’employer la technique de la DLS.

Principes du calibrage de particules par la diffusion dynamique de la lumière

Le calibrage par DLS consiste à mesurer la taille des particules se trouvant en suspension dans un contenu liquide. Lorsqu’un rayon laser est projeté sur la microcuvette contenant ce liquide, la lumière est reflétée de toutes parts sous l’action des particules. On parle alors de diffusion de Rayleigh (diffusion élastique au sein de laquelle la longueur d’onde type est supérieure à la taille de chaque particule prise séparément). Un angle est alors défini (généralement 90°), suivant lequel l’intensité de la lumière est mesurée dans le temps. Les variations qui seront observées sont liées à l’agitation thermique à laquelle les particules sont soumises, et renseignent sur la vitesse de déplacement des particules.

Les renseignements récoltés sur la vitesse des particules subissent ensuite un traitement mathématique, en l’occurrence une autocorrélation entre signal mesuré au temps t et le même signal mesuré à t+1. Grâce à un modèle graphique, le temps caractéristique peut être déterminé suivant lequel cette fonction décroît. Plus rapide est la décroissance de l’autocorrélation, plus grande est la vitesse de déplacement de la nanoparticule, et donc plus petite est sa taille. On estime alors la relation entre le temps de relaxation (inverse du temps caractéristique de décroissance) et le coefficient de diffusion des particules, pour caractériser ces dernières. Pour la caractérisation des particules, les analyseurs de taille de nanoparticules permettent d’évaluer :

  • l’indice de polydispersité,
  • le rayon hydrodynamique,
  • la distribution des tailles des particules de l’échantillon analysé.

calibrage particules

Analyse d’images dynamiques

Dans de nombreuses industries, la caractérisation des particules (mesure de la taille et détermination de la forme) est essentielle dans la mise en œuvre des processus qualité. L’analyse dynamique d’images, dont les exigences sont précisées dans la norme ISO 13322-2, permet d’obtenir en détail des informations sur les propriétés du matériau analysé.

Une technique de granulométrie très précise

L’analyse d’images dynamiques offre comme principale particularité que l’on capture l’image de chaque particule individuellement. Les chercheurs et techniciens des laboratoires d’entreprises peuvent alors déterminer avec plus de précision la distribution granulométrique de divers échantillons. Cette méthode de mesure de dimensions particulaires s’appuie sur des systèmes d’analyse d’images dynamiques, qui sont des instruments capables de créer des flux de particules. Les flux sont capturés et analysés par un dispositif de caméras spécialisées.

Principes de la granulométrie par analyse d’images dynamiques

Pour procéder à la caractérisation des particules via un système d’analyse d’images dynamiques, les particules sont mises en mouvement pour que les images soient capturées. Elles sont éclairées d’un côté par un faisceau lumineux, pendant que les images sont enregistrées de l’autre côté sous forme d’ombres projetées.

Pour optimiser l’acquisition des images, les instruments de calibrage particulaire par analyse d’images dynamiques sont conçus de sorte que les particules soient en chute libre (échantillon coulant ou granulés fluides) ou suspendus dans un flux d’air. Les particules se présentent en unités clairement séparées. La réussite d’une caractérisation de particules par analyse d’images dynamiques dépend alors d’une durée d’exposition suffisamment réduite, et d’un important taux de capture d’images.

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