Korngrößenbestimmung mittels Laserbeugung

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Korngrößenbestimmung mittels Laserbeugung
Methode
Englische Bezeichnung Bestimmung der Partikelgrößenverteilung des Feinbodens durch Lasermessung
Was kann gemessen werden? -
Welche Materialien können gemessen werden? Boden
Zeitl. Aufwand insgesamt -
Kosten (f. Dienstleistung) Pro Probe:
Aufbereitung
Generell mögliche Aufbereitungsarten? Lufttrocknung, Ofentrocknung (≤ 40°C), Abtrennung Grobboden (2 mm Sieb)
Aufbereitungsarten (an LMU)? Lufttrocknung, Ofentrocknung (≤ 40°C), Abtrennung Grobboden (2 mm Sieb)
Zeitl. Aufwand Probenaufbereitung (inkl. Reinigung) Trocknung der Probe nicht über 40°C (mehrere Wochen)
Sieben (2mm)
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)
Bilder
Laser Particle Sizer.jpg
Durchführung einer Korngrößenbestimmung mittels Laser Particle Sizer

Die Bestimmung der Korngrößenverteilung mittels Laser beruht auf den Unterschieden in den Beugungs- und Streuungseigenschaften verschieden großer Bodenpartikel. Diese Methode beansprucht gegenüber der Messung mittels Sieben und Schlämmen weniger Zeit, Übung und Arbeitsaufwand, kann diese in der Genauigkeit der Ergebnisse allerdings nicht erreichen.



Theorie

Trifft ein Laserstrahl auf einen Bodenpartikel, wird das Licht -je nach Größe des Bodenpartikels- unterschiedlich gestreut oder gebeugt. Anhand des charakteristischen Beugungsspektrums kann auf die Größe und Anzahl der Bodenpartikel geschlossen werden. Die Lichtquelle erzeugt dazu einen fokussierten Laserstrahl. Das Analysegerät pumpt die in einem Suspensionsmittel (destilliertes Wasser) gelöste Bodenprobe 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

Durchführung

  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.

Ergebnisse

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

Lehrveranstaltungen

Die LMU stellt die Instrumente für die Analyse nach aktueller DIN-Norm im Bodenlabor des Departement für Geographie bereit. Theorie und Durchführung der Partikelgrößenbestimmung mittels Laserlichtbeugung ist Teil der Lehrveranstaltungen:

B.Sc. Geographie:

M.Sc. Umweltsysteme und Nachhaltigkeit:

Normen und Richtlinien

Aktuelle Norm:

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

Zurückgezogene Normen zur Korngrößenbestimmung:

  • ISO 13320:2009-10 – Partikelmessung durch Laserlichtbeugung
  • ISO 13320-1:1999-11 – Partikelgrößenanalyse - Laserbeugungsverfahren - Teil 1: Allgemeine Grundlagen

Weitere Normen und Richtlinien:

  • DIN

Literatur

Einzelnachweise


AutorInnen

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Dieser Artikel wurde erstellt von:
K. Meisburger, L. Müller, P. Maly