Korngrößenbestimmung mittels Laserbeugung: Unterschied zwischen den Versionen

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{{Infobox Analytische Methoden
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| Farbraum                = analytik
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<!--Methode-->
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| Bezeichnung                = Particle size distribution using laser diffraction
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| Messung                    = Beugung oder Streuung eines Laserstrahls
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| Materialien                = Partikel
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| Aufbereitungsarten_LMU    = Boden: Lufttrocknung, Ofentrocknung (≤ 40°C), Abtrennung Grobboden (2 mm Sieb)
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<div class="noautonum">__TOC__</div>
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<!--Messprozedur-->
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==Grundprinzip==
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Die '''Korngrößenbestimmung mittels Lasebeugung''' ist eine einfache und schnelle Standardmethode zur Bestimmung von Partikelgrößen, bei der gebündeltes Licht (Laser) an einem Partikel gebeugt oder gestreut wird.
Trifft ein Laserstrahl auf ein Bodenpartikel, wird das Licht -je nach Größe des Bodenpartikels- unter-schiedlich gestreut oder gebeugt. Anhand eines charakteristischen Beugungsspektrums kann auf die Größe und die Anzahl der Bodenpartikel geschlossen werden.
 
Die Lichtquelle erzeugt einen fokussierten Laserstrahl. Das Analysegerät pumpt die Bodenprobe in
 
einem Suspensionsmittel (destilliertes Wasser) an der Messzelle vorbei. Dabei wird der gebündelte
 
Laserstrahl von jedem einzelnen den Laserstrahl durchquerenden Teilchen entweder gestreut oder gebeugt. Die Lichtmengen, die an den Partikeln in verschiedenen Richtungen gestreut werden, sind unterschiedlich. Dabei ist jedes Beugungsmuster charakteristisch für eine bestimmte Teilchengröße.
 
  
BILD Messprinzip des Laser-Particle-Sizers (Quelle: Universität Leipzig)
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__TOC__
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Zwei unterschiedliche Laser (grün – kleine Korngrößen / Infrarot – mittlere und große Korngrößen)
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==Grundprinzip==
sorgen für bestmögliche Erfassung der Bodenpartikel. Jeweils 102 Kanäle scannen die jeweilige Korn-größe (insgesamt 204 Kanäle). Durch eine Umlaufpumpe werden innerhalb der Messzeit möglichst viele Teilchen der Probe durch die beiden Laserstrahle geführt.  
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Trifft ein Laserstrahl auf einen Partikel, wird das Licht -je nach Größe des Partikels- unterschiedlich gestreut oder gebeugt. Anhand des charakteristischen Beugungsspektrums kann auf die Größe und Anzahl der Partikel geschlossen werden. Die Lichtquelle erzeugt dazu einen fokussierten Laserstrahl. Das Analysegerät pumpt die in einem Suspensionsmittel gelöste Probe an der Messzelle vorbei. Dabei wird der gebündelte Laserstrahl von jedem einzelnen Teilchen, das den Laserstrahl durchquert, entweder gestreut oder gebeugt. Die Lichtmengen, die an den Partikeln in verschiedenen Richtungen gestreut werden, sind unterschiedlich. Zugleich ist jedes Beugungsmuster charakteristisch für eine bestimmte Teilchengröße.
  
BILD Messprinzip des grünen und roten Lasers (Quelle: Fritsch, 2015)
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Zwei unterschiedliche Laser (grün – kleine Korngrößen / Infrarot – mittlere und große Korngrößen) sorgen für die bestmögliche Erfassung der Bodenpartikel. Jeweils 102 Kanäle scannen die jeweilige Korngröße (insgesamt 204 Kanäle). Durch eine Umlaufpumpe werden innerhalb der Messzeit möglichst viele Teilchen der Probe durch die beiden Laserstrahlen geführt.
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Das aus diesen vielen Beugungen registrierte Beugungsspektrum wird nach mathematisch-physikalischen Verfahren (z.B. nach Fraunhofer) ausgewertet. Das Lasersystem kann Partikel im Größenbereich von 0,08 – 2.000 µm Durchmesser erfassen (Ton bis Sand).
  
Das aus diesen vielen Beugungen registrierte Beugungsspektrum wird nach mathematisch-physikalischen Verfahren (z.B. nach Fraunhofer) ausgewertet.
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==Benötigte Gerätschaften==
Das Lasersystem kann Partikel im Größenbereich von 0,08 – 2.000 μm Durchmesser erfassen (Ton bis Sand).
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Zur Durchführung werden bei Bodenproben folgende Gerätschaften benötigt:
  
==Benötigte Gerätschaften==
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'''Bei Bodenproben:'''
 
*[[Laser-Particle-Sizer]]
 
*[[Laser-Particle-Sizer]]
*[[Analysenwaagen|Analysenwaage]] mit 0,1 mg Genauigkeit
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*[[Analysenwaage]]
 
*[[Ultraschallbad]]
 
*[[Ultraschallbad]]
*[[Schüttelmaschinen|Reagenzglas-Kompaktschüttler]]
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*[[Schüttelmaschine|Reagenzglasschüttler]]
 
*Spatel
 
*Spatel
 
*Kleines Reagenzglas
 
*Kleines Reagenzglas
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*verdünnte Ammoniak-Lösung
 
*verdünnte Ammoniak-Lösung
  
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==Durchführung==
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'''Bei Bodenproben:'''
  
==Versuchsdurchführung==
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#Einige Gramm Probenmaterial werden vorsichtig im Achat-Mörser zerdrückt<br>Achtung: Das Probenmaterial wird im Achat-Mörser nur leicht zerdrückt - NICHT gemörsert!
#Einige Gramm Probenmaterial werden vorsichtig im Achat-Mörser zerdrückt<br />Achtung: Das Probenmaterial wird im Achat-Mörser nur leicht zerdrückt - NICHT gemörsert!
 
 
#Probenmaterial wird mittels einer Analysenwaage eingewogen (ca. 0,1 g).
 
#Probenmaterial wird mittels einer Analysenwaage eingewogen (ca. 0,1 g).
 
#Zu dem Probenmaterial werden ca. 3 ml verdünnte Ammoniak-Lsg. gegeben.
 
#Zu dem Probenmaterial werden ca. 3 ml verdünnte Ammoniak-Lsg. gegeben.
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#Die Messergebnisse werden in verschiedenen Variationen (Grafik und Tabelle) ausgedruckt.
 
#Die Messergebnisse werden in verschiedenen Variationen (Grafik und Tabelle) ausgedruckt.
  
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==Auswertung==
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Der Laser-Particle-Sizer gibt die Korngrößenverteilung als Diagramm und Tabelle an. Beide sind als Summe dargestellt.
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==Vor- und Nachteile==
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*Geringer Zeit- und Arbeitsaufwand
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*Geringe Probenmenge, wodurch eine repräsentative Auswahl der Probe nicht gewährleistet ist
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==Einsatzbereiche==
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Neben der Korngrößenbestimmung bei Bodenproben kommt die Laserbeugung u.a. bei Pulvern, Granulaten, Emulsionen oder Suspensionen zum Einsatz.
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==Ausstattung an der LMU==
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Die LMU stellt die Geräte für die Analyse im Bodenlabor des Departements für Geographie bereit.
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==Lehrveranstaltungen==
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'''B.Sc. Geographie:'''
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P 8.2 Labormethoden der Physischen Geographie (Vorlesung)<br>
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[[Labormethoden der Physischen Geographie (Übung)|P 8.3 Labormethoden der Physischen Geographie (Übung)]]<br><br>
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'''M.Sc. Umweltsysteme und Nachhaltigkeit:'''
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[[Bodenkundlich-bodenphysikalisches Laborpraktikum|P 8.3 Bodenkundlich‐, Bodenphysikalisches Laborpraktikum (Praktikum)]]
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==Das könnte dich auch interessieren==
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* [[:Kategorie:Analytik Methoden|Analytik]]
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* [[:Kategorie:Analysemethoden|Analysemethoden]]
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* [[Korngrößenbestimmung durch Siebung und Sedimentation]]
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==Verzeichnis von Normen und Richtlinien==
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'''Aktuelle Norm:'''
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*ISO 13320:2020-01 – Partikelgrößenanalyse - Partikelmessung durch Laserlichtbeugung
  
==Ergebnisse==
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<!--
Der Laser-Particle-Sizer gibt die Korngrößenverteilung als Diagramm und Tabelle an. Beide sind als Summenkurve dargestellt.
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== Referenzen ==
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<references />
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-->
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== Weiterführende Informationen und Literatur ==
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=+0%3D%224512549%22+IN+%5B2%5D&v=sunrise&l=de| Blume, H.-P., Stahr, K., Leinweber, P. (2011): Bodenkundliches Praktikum. Eine Einführung in pedologisches Arbeiten für Ökologen, insbesondere Land- und Forstwirte und für Geowissenschaftler, 3. Aufl. Heidelberg]
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* [https://opac.ub.uni-muenchen.de/TouchPoint/perma.do?q=+0%3D%225635392%22+IN+%5B2%5D&v=sunrise&l=de| Amelung, W., Blume, H.-P., Fleige, H., Horn, R., Kandeler, E., Kögel-Knabner, I., Kretzschmar, R., Stahr, K., Wilke, B.-M. (2018): Scheffer/Schachtschabel Lehrbuch der Bodenkunde, 17. Auflage, Springer Spektrum, Heidelberg]
  
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==Autor:innen==
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{{Autor|1= Karin Meisburger, Lukas Müller, Philipp Maly}}
  
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[[Kategorie:Analytik Methoden]]
 
[[Kategorie:Analytik Methoden]]

Aktuelle Version vom 18. März 2021, 15:48 Uhr

Korngrößenbestimmung mittels Laserbeugung
Methode
Englische Bezeichnung Particle size distribution using laser diffraction
Was kann gemessen werden? Beugung oder Streuung eines Laserstrahls
Welche Materialien können gemessen werden? Partikel
Zeitl. Aufwand insgesamt Boden: 15 Minuten (inkl. Trocknungszeitraum ca. 1-3 Wochen bei Lufttrocknung und Siebung der Proben ≤ 2mm ca. 10-45 Minuten)
Kosten (f. Dienstleistung) Pro Probe:
Aufbereitung
Generell mögliche Aufbereitungsarten? Boden: Lufttrocknung, Ofentrocknung (≤ 40°C), Abtrennung Grobboden (2 mm Sieb)
Aufbereitungsarten (an LMU)? Boden: Lufttrocknung, Ofentrocknung (≤ 40°C), Abtrennung Grobboden (2 mm Sieb)
Zeitl. Aufwand Probenaufbereitung (inkl. Reinigung) Boden: Trocknung der Probe nicht über 40°C ((mehrere ca. 1-3 Wochen)

Sieben (≤ 2mm) ca. 10-45 Minuten

Messprozedur
Kalibration notwendig ✔ Ja
Administrator notwendig ✔ Ja
Messung = Dienstleistung ✔ Ja
Messung selbständig möglich (nach Einweisung) ✔ Ja, bedingt
Ausgabeformat Diagramm mit Summenkurve und Ausgabetabelle der Bodenfraktionen (T, fU, mU, gU, fS, mS, gS)in Summe
Bilder
Laser Particle Sizer.jpg
Durchführung einer Korngrößenbestimmung mittels Laser Particle Sizer

Die Korngrößenbestimmung mittels Lasebeugung ist eine einfache und schnelle Standardmethode zur Bestimmung von Partikelgrößen, bei der gebündeltes Licht (Laser) an einem Partikel gebeugt oder gestreut wird.



Grundprinzip

Trifft ein Laserstrahl auf einen Partikel, wird das Licht -je nach Größe des Partikels- unterschiedlich gestreut oder gebeugt. Anhand des charakteristischen Beugungsspektrums kann auf die Größe und Anzahl der Partikel geschlossen werden. Die Lichtquelle erzeugt dazu einen fokussierten Laserstrahl. Das Analysegerät pumpt die in einem Suspensionsmittel gelöste Probe an der Messzelle vorbei. Dabei wird der gebündelte Laserstrahl von jedem einzelnen Teilchen, das den Laserstrahl durchquert, entweder gestreut oder gebeugt. Die Lichtmengen, die an den Partikeln in verschiedenen Richtungen gestreut werden, sind unterschiedlich. Zugleich ist jedes Beugungsmuster charakteristisch für eine bestimmte Teilchengröße.

Zwei unterschiedliche Laser (grün – kleine Korngrößen / Infrarot – mittlere und große Korngrößen) sorgen für die bestmögliche Erfassung der Bodenpartikel. Jeweils 102 Kanäle scannen die jeweilige Korngröße (insgesamt 204 Kanäle). Durch eine Umlaufpumpe werden innerhalb der Messzeit möglichst viele Teilchen der Probe durch die beiden Laserstrahlen geführt. Das aus diesen vielen Beugungen registrierte Beugungsspektrum wird nach mathematisch-physikalischen Verfahren (z.B. nach Fraunhofer) ausgewertet. Das Lasersystem kann Partikel im Größenbereich von 0,08 – 2.000 µm Durchmesser erfassen (Ton bis Sand).

Benötigte Gerätschaften

Zur Durchführung werden bei Bodenproben folgende Gerätschaften benötigt:

Bei Bodenproben:

Durchführung

Bei Bodenproben:

  1. Einige Gramm Probenmaterial werden vorsichtig im Achat-Mörser zerdrückt
    Achtung: Das Probenmaterial wird im Achat-Mörser nur leicht zerdrückt - NICHT gemörsert!
  2. Probenmaterial wird mittels einer Analysenwaage eingewogen (ca. 0,1 g).
  3. Zu dem Probenmaterial werden ca. 3 ml verdünnte Ammoniak-Lsg. gegeben.
  4. Die Probe im Reagenzglas kurz auf den Reagenzglas-Schüttler stellen.
  5. Dann das Reagenzglas mind. 3 min in das Ultraschallbad stellen.
  6. Das Messprotokoll am PC starten
  7. Wenn der Laser-Particle-Sizer zur Probeneingabe auffordert, nochmal kurz mit dem Reagenzglas-Schüttler aufschütteln.
  8. Sofort mit der Messung beginnen.
  9. Die Analyse (Messzyklus) startet bei ausreichender Probenmenge automatisch.
  10. Die Messergebnisse werden in verschiedenen Variationen (Grafik und Tabelle) ausgedruckt.

Auswertung

Der Laser-Particle-Sizer gibt die Korngrößenverteilung als Diagramm und Tabelle an. Beide sind als Summe dargestellt.

Vor- und Nachteile

  • Geringer Zeit- und Arbeitsaufwand
  • Geringe Probenmenge, wodurch eine repräsentative Auswahl der Probe nicht gewährleistet ist

Einsatzbereiche

Neben der Korngrößenbestimmung bei Bodenproben kommt die Laserbeugung u.a. bei Pulvern, Granulaten, Emulsionen oder Suspensionen zum Einsatz.

Ausstattung an der LMU

Die LMU stellt die Geräte für die Analyse im Bodenlabor des Departements für Geographie bereit.

Lehrveranstaltungen

B.Sc. Geographie:

P 8.2 Labormethoden der Physischen Geographie (Vorlesung)
P 8.3 Labormethoden der Physischen Geographie (Übung)

M.Sc. Umweltsysteme und Nachhaltigkeit:

P 8.3 Bodenkundlich‐, Bodenphysikalisches Laborpraktikum (Praktikum)

Das könnte dich auch interessieren

Verzeichnis von Normen und Richtlinien

Aktuelle Norm:

  • ISO 13320:2020-01 – Partikelgrößenanalyse - Partikelmessung durch Laserlichtbeugung

Weiterführende Informationen und Literatur

Autor:innen

Maxl Autor.png
Dieser Artikel wurde erstellt von:
Karin Meisburger, Lukas Müller, Philipp Maly