Analiza mieszanki

Jakość mieszania opisuje równomierność rozkładu wielu składników w mieszaninie. W przypadku mieszania proszków obejmuje ona zarówno rozkład przestrzenny cząstek stałych, jak i jednorodność dodatków płynnych dodawanych do materiału sypkiego. W praktyce jakość mieszania ocenia się zazwyczaj na podstawie próbek pobranych z partii lub ciągłego strumienia produktu. Często analiza koncentruje się na składniku mniejszościowym, który służy jako znacznik i jest oceniany jako reprezentatywny dla jednorodności całej mieszanki.

Podstawą każdej ilościowej analizy jakości mieszanki jest niezawodna identyfikacja tych niewielkich składników w próbce. Jest to szczególnie trudne, gdy cząstki są bardzo drobno rozdrobnione lub ich udział masowy mieści się w zakresie śladowym, na przykład w stosunku 1 : 10 000 lub 1 : 100 000.

Często stosuje się metody optyczne, które wykorzystują kontrasty kolorów, fluorescencję lub charakterystyczne sygnatury spektralne. W tym celu próbka jest często rozpraszana w medium w celu fotometrycznego określenia składnika wrażliwego na mieszanie. Ocena opiera się wówczas na prawie Lamberta-Beera, które łączy ekstynkcję ze stężeniem.

Innym podejściem jest bezpośrednie zliczanie poszczególnych cząstek składnika mniejszego. Można to zrobić za pomocą mikroskopowej analizy obrazu, przetwarzania obrazów przekrojów lub automatycznego rozpoznawania cząstek. Metody granulometryczne, oparte na przykład na dyfrakcji laserowej lub analizie obrazu, mogą dodatkowo dostarczyć informacji o wielkości i rozkładzie. W zależności od wymagań stosuje się również metody selektywne pod względem materiałowym, takie jak fluorescencja rentgenowska, spektroskopia Ramana i podczerwieni, analiza termiczna lub magnetyczne i elektryczne metody pomiarowe. Wybór odpowiedniej techniki zależy od właściwości składnika znacznika, matrycy mieszanki oraz wymaganego limitu wykrywalności.

Pomimo tej różnorodności metod, w przemysłowych procesach związanych z materiałami stałymi często trudno jest ustalić solidne i możliwe do przeniesienia protokoły analizy. Szczególnie problematyczne są drobnoziarniste, przylegające lub powierzchniowo czynne substancje, które występują w bardzo małych stężeniach i mają tendencję do aglomeracji lub adhezji. W takich przypadkach jakość mieszania jest w praktyce często oceniana tylko pośrednio, na przykład na podstawie jednorodności chemicznej, kinetyki reakcji, rozwoju wielkości ziaren, twardości tabletek, właściwości rozpuszczania, rozkładu koloru lub połysku oraz innych funkcjonalnych właściwości produktu. W przypadku zastosowań o wysokiej wydajności w dziedzinie chemii, metalurgii, ceramiki i materiałów bateryjnych analiza jakości mieszania pozostaje zatem kluczowym, ale wymagającym metodologicznie elementem rozwoju procesu i produktu.