Beugungsspektrometer

Das Beugungsspektrometer ist in der Lage, eine Partikelgrößenverteilung aus einer Ansammlung von Teilchen lokal zu messen und die Daten in einer geeigneten Weise zu verarbeiten. In vielen chemikalischen und physikalischen Prozessen treten Partikel in der Größenordnung zwischen 1 µm und wenigen mm auf, deren Größe bzw. Größenverteilung prozessbestimmend sind oder zumindest einen wichtigen Einfluss auf den Prozess ausüben. Beispiele gibt es aus der Nahrungsmittelherstellung, der Pharmazie und der Prozesschemie sowie aus den verschiedenen Verbrennungsprozessen in Turbinen, Motoren, bei der Kohlestaub-, Kraftstoff- und Klärschlammverbrennung in Kraftwerken, in Herstellungsprozessen und nicht zuletzt im Körperpflegebereich. Das Beugungsspektrometer ist in der Lage, eine Partikelgrößenverteilung aus einer Ansammlung von Teilchen lokal zu messen und die Daten in einer geeigneten Weise zu verarbeiten. Dabei können die Partikel als Feststoff in Gas und Flüssigkeit, als Tropfen in Flüssigkeit und Gas sowie als Gasblasen in Flüssigkeit auftreten. Wichtig ist für die Messung nur, dass die beiden Stoffe unterschiedliche optische Eigenschaften haben. Dann bietet das Beugungsspektrometer den Vorteil einer berührungslosen, schnellen Messung über einen weiten Bereich der Partikelgrößen. Insbesondere bei der Zerstäubung von Flüssigkeiten bzw. Suspensionen ist das Beugungspektrometer zu einem Standardwerkzeug geworden. Auf dem Bild (unten rechts) ist der optische Aufbau eines Laser-Beugungsspektrometers dargestellt. Der monochromatische Strahl des Lasers (1) – typischerweise ein He-Ne-Laser niedriger Leistung – wird in der Strahlaufweitungseinheit (2) aufgeweitet und mit Hilfe einer Linse parallelisiert. Zwischen dieser Linse und einer nachgeschalteten Fourier-Linse (4) passiert das Teilchenkollektiv (3) den aufgeweiteten Laserstrahl. Der Abstand lF-l bezeichnet hier den Arbeitsbereich der Fourier-Linse und f ihre Brennweite. Die Fourier-Linse sorgt dafür, dass das Beugungsbild eines Partikels bestimmter Größe unabhängig von der Position des Partikels im Messvolumen immer an der gleichen Stelle des Ringdetektors (8) abgebildet wird. Das von den Partikeln gebeugte Licht (6,7) bildet auf dem halbkreisförmigen Detektor ein radialsymmetrisches Beugungsbild.