Principios de análisis instrumental

852 Capítulo 34 Determinación del tamaño de partícula <« dicho diámetro. O bien, la longitud mínima podría tomarse como el diámetro. De manera alternat iva, el volumen o el área superficial podría usarse para calcular el diámetro de la esfera equivalente. Todos los resultados obtenidos mediante esta técnica simple: la microscopía, serán diferentes pero correctos para la cantidad que se evalúa. Así, no es sorprendente que cada técnica proporcione resultados diferentes para tamaños de partí– cula o distribuciones de tamaño de partícula. La única solución razonable para el dilema del tamaño es usar la misma técnica de medición y evaluar la misma can– tidad para hacer comparaciones de tamaños de partícula y de distribuciones de tamaño de partícula. En ocasiones se hacen comparaciones entre instrumentos que usan distintos procedi– mientos de medición pero, en general, se les considera cualitativas. Ciertas técnicas de medición requieren también caracterís– ticas físicas, como densidad e índice de refracción. Por ejemplo, la información del índice de refracción es necesaria para méto– dos que se basan en la dispersión de la luz, pero usualmente se requieren densidades para los que se basan en la sedimentación. Por lo común, se hacen suposiciones acerca de estas cantidades a menos que estén disponibles valores medidos. Dichas suposi– ciones pueden de nuevo conducir a discrepancias en los tamaños de partícula reportados. Antes de elegir una técnica de determinación del tamaño de partícula, es aconsejable examinar las muestras con un microsco– pio porque con él puede estimarse la variedad de tamaños y for– mas presentes. La mayor parte de los métodos para determinar las dimensiones de una partícula son sensibles a la forma de ésta y están limitados respecto al intervalo de tamaños de partícula. Las que tienen formas más o menos esféricas se miden con más exactitud. Las agujas y otras geometrías que difieren significativa– mente de la forma esférica se analizan por lo común mediante un microscopio. Para muchas técnicas, los tamaf:tos de partícula se obtienen mejor al suspenderlas en un líquido en el cual son insolubles. El líquido puede producir una suspensión que es homogénea en concentración y bastante uniforme en tamaño para introducirla en el instrumento de determinación de tamaño de partícula. Las suspensiones en líquido inhiben también cualquier fuerza cohe– siva que pudiera generar la coagulación o aglomeración de las partículas. Los líquidos elegidos deben ser químicamente inertes hacia los materiales con los que entra en contacto en el instru– mento. 34B DISPERSIÓN DE LUZ LÁSER DE ÁNGULO BAJO La técnica de dispersión de luz lá ser de ángulo bajo (DLAB) 2 llamada también difracción láser, es uno de los métodos más comunes para medir tamaños de partícula y distribucione s de tamaño de 0.1 a 2000 f.lm. La técnica es popular debido a su amplio intervalo dinámico, su precisión, su facilidad de uso y 'Véase ). D. Ingle jr. y S. R. Crouch, Spectrochemical Analysis, Upper Saddle River, N): Prentice- Hall, 1988, pp. 518-519; P. E. Plantz, en Modem Methods ofParticle Size Analysis, H. G. Barth, ed., New York: Wiley, 1984, cap. 6. su adaptabilidad a muestras en una variedad de formas . Las medi– ciones se hacen exponiendo la muestra a un haz de luz y detec– tando los patrones angulares de luz dispersada por partículas de distintos tamaños. Debido a que los patrones producidos son muy característicos del tamaño de partícula, un análisis matemático de ellos puede producir una medición reproducible exacta de la dis– tribución de tamaño. 348.1 Instrumentación En la figura 34.1 se muestra un aparato típico de difracción láser. El haz proveniente de un láser de onda continua, por lo común uno de He-Ne, es colimado y se hace pasar por la muestra donde las partículas provocan la dispersión. El haz se enfoca después sobre un sistema de detectores donde se mide el patrón de dispersión, que se muestra en la figura 34.1 como un patrón de difracción. El patrón de dispersión es analizado de acuerdo con modelos teó– ricos para calcular la distribución del tamaño de partícula. Algunos instrumentos verifican la concentración de partícu– las en el haz por medio de un detector de oscurecimiento que se localiza en el punto focal de la lente. Si no hay partículas presentes en el haz, toda la luz cae en el detector de oscurecimiento. Tan pronto como las partículas entran en el haz, bloquean parte de la luz y la dispersan sobre los elementos del sistema de detectores. La fracción de la luz atenuada por dispersión, absorción, o ambas, se relaciona con la concentración de partículas en el haz (véase la sección 34D). Los fabric antes de instrumento s proveen varios acceso– rios para introducir la muestra. Por ejemplo, algunos hacen que la muestra entre directamente en el haz láser como un aerosol. Las muestras se pueden pasar también por una celda de muestreo con ventanas transparentes o se suspenden en una cubeta donde son agitadas. Los polvos secos pueden ser soplados a través del haz o dejar que caigan a través del haz por gravedad. Las partículas en una suspensión se pueden recircular a través del haz mediante una bomba. 348.2 Modelos teóricos La mayor parte de los instrumentos comerciales usan mode– los ópticos en sus programas de análisis que se basan en la teoría de dispersión de Mie o de difracción de Fraunhofer. La teo– ría de Mie provee una solución completa al problema de disper– sión de luz mediante una esfera, la cual incluye los efectos de la luz transmitida y absorbida. Por otro lado, el modelo de difracción de Fraunhofer es mucho más fácil de poner en práctica. Éste trata a las partículas como aberturas opacas, circulares, que obstruyen el haz de luz. Teoría de Mie En la teoría de Mie, las partículas se consideran objetos finitos en vez de dispersores puntuales. Los centros de dispersión se encuen– tran en varias regiones de las partículas. Cuando éstas dispersan la luz, los centros de dispersión están apartados lo suficiente de modo que es probable que ocurra cierta interferencia entre los rayos emitidos desde un área de la partícula y los de otra. Esta condición origina una distribución de intensidad que es bastante diferente de la que se observa en partículas pequeñas. La disper-