Asymmetrisch geformte und lichtabsorbierende Partikel - Online-Analytik mittels Photophorese
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war die Klärung der Frage, inwieweit lichtinduzierte Kräfte zur Charakterisierung und Trennung von polydispersen Partikeln eingesetzt werden können. Die Quantifizierung von Größe und Brechungsindex wurde an Polystyrol-, SiO2-, und Melaminharzpartikeln gezeigt. Diskriminierung von Absorptionsverhalten und Form von Partikeln erscheint prinzipiell über die relative Wegstrecke als Maß für die im Strahl zurückgelegte Wegstrecke in Form einer Ja/Nein-Antwort möglich. Die Unterschiede der photophoretischen Geschwindigkeitsverteilungen von absorbierenden und transparenten Partikel könnten, verknüpft mit der Kenntnis der Partikelgröße dem Vergleich zu einem transparenten Standard zur Abschätzung und damit zur groben Abschätzung des Absorptionskoeffizienten dienen. Hier wären weitergehende Untersuchungen, z.B. an Modellsubstanzen wie Emulsionströpfchen, gewinnbringend für die Emulsionsanalytik. Weitere Entwicklungen von Beugungsstrukturen mit höherer Zerstörschwelle würden die Generierung von frei gestaltbaren Laserstrahlprofilen, was für die Photophorese ein wichtiges Werkzeug darstellen könnte. Die Trennung der Partikel beruht auf dem lateralen Versatz im Laserstrahl orthogonal zur anliegenden Partikelbewegung. Durch die Neukonzipierung des photophoretischen Trennsystems konnte die im vorangegangenen Projekt eingesetzte, mit Nachteilen behaftete elektroosmotische Partikelbewegung durch eine hydrodynamische Fokussierung ersetzt werden. Durch iterative Optimierung der Trennzellengeometrie, des mikrofluidischen Systems und den Trennbedingungen konnte die Reproduzierbarkeit der Trennung von hochverdünnten polydisperse Suspensionen mit Referenzanalytik belegt werden. Mit einem selbst entwickelten faseroptischen Einzelpartikelzähler konnte die photophoretische Trennung online mitverfolgt werden. Das Trennsystem wurde mit Polystyrolpartikeln im Größenbereich zwischen 1 µm und 20 µm charakterisiert. Es ergab sich über den untersuchten Größenbereich eine im Rahmen des experimentellen Fehlers konstante Empfindlichkeit für Polystyrolpartikel von rund 100 [µm/s] / [µm].
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Continuous Photophoretic Separation of Hydrocolloids. Euroanalysis 2009, Innsbruck, Österreich, 6. – 10 September 2009
Helmbrecht, C., Niessner, R.
- Continuous Characterization and Separation of Colloidal Mixtures by Photophoresis. Particles 2010, Lake Buena Vista, FL, USA, 22.-25. Mai 2010
Helmbrecht, C., Niessner, R.
- Monodisperse Calcium Carbonate Particles in different Morphologies as Reference for Particle Shape. Anakon 2011, Zürich, Schweiz, 22.-25.3.2011
Helmbrecht, C., Niessner, R.
- Photophoresis: A New Tool for The Continuous Separation of Polydisperse Samples. FFF 2011, South San Francisco, FL, USA, 23.-25.5.2011
Helmbrecht, C., Niessner, R.
- Photophoretic velocimetry – a new way for the in situ determination of particle size distribution and refractive index of hydrocolloids, Analyst, 2011, 136, 1987-1994
Helmbrecht, C., Niessner, R., Haisch, C.
