Mastersizer 2000 i 3000 – porównanie modeli Malvern

Analizatory wielkości cząstek z serii Mastersizer 2000 i 3000 są niekwestionowanymi liderami wśród analizatorów działających w oparciu o dyfrakcję laserową. Dzięki światowej renomie, doskonałym parametrom technicznym oraz doświadczeniu specjalistów z firmy Malvern Panalytical, urządzenia te znalazły zastosowanie w różnorodnych aplikacjach na całym świecie. Od momentu wprowadzenia na rynek w 2011 roku najnowszego modelu serii Mastersizer – analizatora wielkości cząstek Mastersizer 3000, ten bardzo szybko został liderem w dziedzinie dyfrakcji laserowej – zarówno w instytucjach publicznych, laboratoriach R&D jak i QC/QA. Co zatem wpłynęło na silną pozycję urządzenia i co odróżnia ten model od poprzedniej jednostki Mastersizer 2000?

1. Wymiary ławy optycznej i akcesoriów dyspergujących

W dobie rozwoju nowych metod pomiarowych oraz stałej kontroli jakości produktu, coraz częściej istotnym czynnikiem w laboratoriach badawczych jest powierzchnia zajmowana przez aparaturę analityczną (tzw. footprint). Dzięki nowemu designowi najdłuższy wymiar ławy optycznej Mastersizer 2000 został zredukowany o prawie połowę w modelu 3000 (Tab.1).

Tab. 1. Porównanie wymiarów analizatorów z rodziny Mastersizer.

Mastersizer 3000 Mastersizer 2000
690mm x 300mm x 450mm
(dł x szer x wys)
1293mm x 255mm x 375mm
(dł x szer x wys)

Zmniejszono również rozmiar oraz wagę jednostek dyspergujących. Mniejszy rozmiar umożliwia umieszczenie całego systemu pod dygestorium i zwalnia przestrzeń na inne istotne w laboratorium urządzenia.

Malvern mastersizer 2000 vs 3000
Rys. 1. Porównanie wymiarów analizatorów Malvern Mastersizer 2000 oraz 3000.

 

2. Zakres pomiarowy analizatorów Malvern Mastersizer 2000 i 3000

Aby sprawnie nadążyć za wymaganiami dotyczącymi rozwoju produktu, analizator powinien charakteryzować się szerokim zakresem pomiarowym. Większość systemów dyfrakcji laserowej wykorzystuje w tym celu wiele długości fal światła lub wiele źródeł światła. Szeroki zakres pomiarowy wiąże się również z wymogiem pomiaru natężenia rozpraszania światła w tak szerokim zakresie, jak tylko jest to możliwe. W aparacie Mastersizer 3000 producent ulepszył układ detektorów co umożliwia pomiar maksymalnej wielkości cząstek do 3,5 mm (pomimo, niemal dwukrotnego skrócenia najdłuższego wymiaru jednostki, w porównaniu do modelu Mastersizer 2000). Dodatkowo, dzięki zwiększonej częstotliwości zbierania danych – aż 10 000 zliczeń na sekundę – Użytkownik uzyskuje rzetelne, reprezentatywne dane nawet przy bardzo krótkim czasie pomiaru.

 

Tab. 2. Udoskonalenie osiągów modelu Malvern Mastersizer 2000

  Mastersizer 3000 Mastersizer 2000
Zakres pomiarowy 0,01 µm – 3 500 µm 0,02 µm – 2 000 µm
Zakres kątowy 0,015 – 144° 0,02 – 140°
Częstotliwość zbierania danych 10 000 Hz 1 000 Hz

 

Ponadto, zoptymalizowany został sposób wykonywania pomiarów przy różnych długościach fali światła. W analizatorze Mastersizer 3000 pomiary zarówno światłem czerwonym jak i niebieskim są prowadzone na tej samej ścieżce optycznej światła (Rys. 2). To rozwiązanie, w połączeniu ze zwiększoną mocą światła niebieskiego, zapewnia lepszą czułość w zakresie wielkości 10 – 1000 nm. W trakcie pomiaru trwającego zaledwie 10 sekund, analizator wykonuje pomiar wielkości cząstek w całym zakresie pomiarowym.

układ optyczny malvern mastersizera 3000
Rys. 2. Schemat układu pomiarowego Malvern Mastersizer 3000.

3. Rozmiar próbki

Wybór najlepszego sposobu dyspergowania jest zdeterminowany fizykochemicznymi właściwościami materiału. Niektóre materiały (np. popiół lub piasek) wygodniej będzie mierzyć przy użyciu suchej dyspersji, stosując jednostkę dyspergującą należącą do grupy Aero podczas gdy inne (np. zawiesiny bądź emulsje) będą wymagały pomiaru przy użyciu dyspersji cieczowej za pomocą jednostek z rodziny Hydro.

Istotnym zagadnieniem jest również to, jaką ilością materiału dysponujemy. W przypadku dyspersji suchej możemy z łatwością mierzyć zarówno duże ilości próbki (choćby 10 g), jak i małe (nawet od 5 mg). Jest to możliwe dzięki specjalnej konstrukcji przystawki Aero S oraz podajnika z lejkiem zsypowym. Praca przystawki jest całkowicie sterowana z poziomu oprogramowania.

W zastosowaniach wymagających dyspersji cieczowych producent oferuje kilka przystawek z rodziny Hydro będących odpowiednikami tych dostępnych do analizatora Malvern Mastersizer 2000. Hydro LV pokrywa zbliżony zakres zastosowań jak Hydro 2000G. Dzięki zbiornikowi o pojemności 600 ml, jednostka ta jest dobrym rozwiązaniem w przypadku dyspersji większych ilości materiałów polidyspersyjnych. Dla mniejszych ilości materiału producent zaleca wybór przystawki Hydro MV, zastępującej Hydro 2000S. Dzięki pojemności zbiornika max. 120 ml, rozwiązanie to pomaga zminimalizować użycie zarówno drogich lub toksycznych dyspergantów, jak i ilości próbki wykorzystanej do pomiaru. Obie wymienione powyżej przystawki dają możliwość automatyzacji napełniania i opróżniania cieczą.

Dostępne są także inne opcje jak Hydro EV, będąca odpowiednikiem Hydro 2000MU. Jednostka ta jest dobrym rozwiązaniem dla wszelkich pomiarów prowadzonych w wodzie lub tam, gdzie wymagana jest duża objętość cieczy. Dzięki zmiennej objętości zbiornika (zlewka o pojemności od 300 do 1000 ml) przystawka umożliwia pomiar próbek o małej polidyspersyjności, ale także świetnie poradzi sobie w pomiarach próbek bardzo polidyspersyjnych jak na przykład gleby.

Wszystkie jednostki dyspergujące charakteryzują się wysoką odpornością chemiczną, co umożliwia użytkownikowi stosowanie szerokiej gamy dyspergantów. Przystawki posiadają wbudowane sondy ultradźwiękowe oraz mieszadło, które są regulowane z poziomu oprogramowania.

Jeśli próbki nie wymagają sonifikacji wewnętrznej, można zastosować jednostkę do dyspersji cieczowych o bardzo małej objętości – Hydro SV, będącej odpowiednikiem Hydro µP. Całkowita objętość tej jednostki wynosi zaledwie 6 – 7 ml, co umożliwia szybkie i łatwe wykonanie pomiarów mokrych przy dostępności pojedynczych miligramów próbki.

 

Tab. 3. Objętości zbiorników w jednostkach dyspergujących ,,na mokro” Mastersizer 3000

Hydro EV Hydro LV  Hydro MV Hydro SM Hydro SV
Objętość 300 – 1000 ml 600 ml 50 – 120 ml 50 – 120 ml 6 – 7 ml

 

 4. Oprogramowanie przyjazne Użytkownikowi (PL)

Malvern Mastersizer 2000 był zawsze ceniony za przyjazne oraz proste w obsłudze oprogramowanie. Nowy software modelu 3000 zawiera dużo elementów wspólnych z oprogramowaniem poprzedniej generacji, m.in widok rekordów, widoki raportów, SOP oraz możliwości eksportu danych. Nowe oprogramowanie znacznie ułatwia dostęp do wszystkich elementów oraz ich konfigurację. Filtrowanie i sortowanie rekordów pomiarowych zostało znacznie ulepszone, dzięki czemu można łatwiej zlokalizować dane dotyczące różnych typów produktów. Producent umożliwił również porównywanie pomiarów pochodzących z różnych plików pomiarowych bez konieczności tworzenia wielu kopii rekordów. Nowe narzędzie do porównywania SOP pozwala na zestawianie ze sobą metod zastosowanych w porównywanych rekordach. Ułatwia to operatorowi wykrycie różnic w procedurach, a tym samym rozwiązywanie problemów związanych z powtarzalnością pomiarów. Nowe oprogramowanie pozwala także na otwieranie wyników z analizatorów poprzednich generacji, umożliwiając ich zestawianie z wynikami uzyskanymi na nowym analizatorze. Ponadto oprogramowaniu umożliwia imitowanie wyników z analizatora 3000, tak jakby zostały uzyskane na analizatorze Mastersizer 2000 lub starszym. Dodatkowym atutem jest język polski, co z pewnością ułatwi Użytkownikowi obsługę software’u.

Główne okno oprogramowania Mastersizer 3000
Rys. 3. Główne okno oprogramowania Mastersizer 3000.

5. Proces opracowywania metody pomiarowej Malvern Mastersizer 2000 i 3000

Okno pomiarowe Mastersizer 3000 zostało zaprojektowane tak, aby zapewniać na bieżąco informacje zwrotne z pomiaru, co pozwala na łatwe śledzenie wszelkich zmian w trakcie opracowywania metody pomiarowej. Menedżer pomiarów prowadzi Użytkownika przez kolejne etapy procesu pomiarowego. Podczas opracowywania metody daje on również bezpośredni dostęp do wszystkich elementów sterujących jednostki dyspergującej – umożliwia to łatwe zbadanie, w jaki sposób zmiana warunków dyspersji (np. sonifikacja próbki) wpływa na wyniki pomiarów. Największym usprawnieniem w stosunku do Mastersizera 2000 jest możliwość bieżącego podglądu trendu wyników na żywo w trakcie pomiaru. Widok okna pomiarowego przedstawia dane rozpraszania światła, rozkład wielkości cząstek oraz wykres trendu pokazujący, w jaki sposób zmieniała się wielkość cząstek próbki podczas cyklu pomiarowego. Taka obserwacja pozwala na natychmiastową ocenę stabilności próbki i poprawności prowadzonych pomiarów. W oknie pomiarowym dostępne są również automatyczne obliczenia statystyczne (np. średnia bądź odchylenie standardowe), co pozwala na weryfikację powtarzalność uzyskanych wyników.

główne okno pomiaru w oprogramowaniu ms3000
Rys. 4. Główne okno pomiaru w oprogramowaniu Mastersizer 3000.

6. Hydro Insight – wizualizacja dyspersji cieczowych

Dla aplikacji, w których zarówno wielkość jak i kształt cząstek ma znaczenie, producent proponuje jednostkę Hydro Insight. Jest to akcesorium do dynamicznego obrazowania dyspersji, rejestrujące kształt losowo zorientowanych cząstek. Jednostka ta jest kompatybilna z systemem Mastersizer – prosta konstrukcja umożliwia jednoczesny pomiar rozkładu wielkości cząstek (na aparacie Mastersizer) oraz kształtu cząstek (za pomocą urządzenia Hydro Insight). Dzięki wbudowanej kamerze jednostka jest w stanie zarejestrować nawet do 127 klatek na sekundę, co w połączeniu z wysoką rozdzielczością zapewnia szybką i szczegółową analizę kształtu cząstek. Oprogramowanie umożliwia podgląd miniatur każdej pojedynczo zarejestrowanej cząstki, a także ponad 30 parametrów morfologicznych.

 

MS3000 plus hydro insight 600px
Rys. 5. Mastersizer 3000 wraz z jednostką Hydro Insight.

Wnioski

Dyfrakcja laserowa stała się kluczowym elementem aparatury pomiarowej stosowanej w wielu gałęziach przemysłu. Kontrola jakości materiałów jest niezwykle istotna – począwszy od surowców, poprzez półprodukty, aż po produkty końcowe – dlatego też tak duże znaczenie ma niezawodność urządzenia oraz prostota w obsłudze. Analizatorom Malvern Mastersizer 2000 i 3000 zaufały już tysiące Użytkowników na całym świecie, co tylko pokazuje jego funkcjonalność oraz szerokie możliwości działania w wielu aplikacjach.

 

Źródła:

https://www.malvernpanalytical.com/en/learn/knowledge-center/whitepapers/WP140916-Top-10-MS2000-to-MS3000.html

https://www.malvernpanalytical.com/en/learn/knowledge-center/whitepapers/W200706ReasonsUpgradeMS3000.html