Méthodes d’analyse de la taille des particules : Diffraction Laser vs. Analyse dynamique d'images

Cette revue compare la Diffraction Laser (LD) et l'Analyse d'Image Dynamique (DIA), deux techniques couramment utilisées pour l'analyse de la taille des particules. LD détermine la taille des particules en examinant les motifs de diffusion de la lumière, ce qui le rend adapté à une analyse rapide et à haut débit sur une large gamme de tailles. Cependant, cela suppose que les particules sont sphériques, ce qui peut réduire la précision lors du traitement d'échantillons de forme irrégulière. En revanche, le DIA capture des images haute résolution de particules individuelles, offrant des informations détaillées sur la taille et la morphologie, y compris des facteurs de forme tels que l'élongation et la circularité. Bien que le DIA fournisse des détails morphologiques plus précis, il a un débit inférieur par rapport au LD. La technique de mesure de la taille des particules optimale dépend des exigences spécifiques de l'application. LD excelle dans l'analyse à haut débit lorsque la forme des particules est moins critique, tandis que le DIA est préféré pour la caractérisation minutieuse de la forme.

Bien que DIA partage des similitudes avec la microscopie optique traditionnelle (LOM) et l'analyse d'images statiques (SIA) dans son utilisation de la lumière et de l'optique (voir Figure 2), elle diffère de manière clé :  

• les particules sont en mouvement et échangées en continu pendant la mesure
• les particules sont orientées aléatoirement vers la caméra
• la détection et l'analyse des particules sont automatisées. 

Ces caractéristiques permettent au DIA d'analyser un grand nombre de particules en une seule mesure, garantissant la qualité statistique des distributions résultantes, en faisant l'une des techniques d'analyse de taille de particules les plus robustes pour la caractérisation détaillée de la morphologie des particules.

Diffraction laser : LD couvre généralement une large gamme de tailles, allant du sous-micron à plusieurs millimètres, ce qui le rend adapté aux applications où une large distribution de taille des particules est attendue. Cependant, la résolution de cette technique de mesure de la taille des particules pour détecter les détails fins dans la morphologie des particules est limitée, en particulier pour les particules non sphériques, en raison de sa dépendance à l'hypothèse de formes sphériques et du calcul d'une distribution de taille des particules basée sur le volume, car la diffraction de la lumière est proportionnelle au volume de la particule.

Analyse d'image dynamique : DIA excelle à fournir des informations détaillées sur la taille et la forme des particules. La résolution de la méthode est élevée, lui permettant de détecter et de caractériser même de petites différences dans la morphologie des particules, telles que la circularité, l'élongation et le rapport d'aspect. Toute autre irrégularité peut également être détectée. En raison de sa distribution de taille de particules basée sur des nombres, les particules sous-dimensionnées et surdimensionnées ainsi que les valeurs aberrantes sont détectées. DIA peut couvrir des plages de taille allant du micromètre jusqu'à la plage du millimètre, en faisant une méthode d'analyse de taille de particules polyvalente pour des applications nécessitant une analyse morphologique détaillée.

Diffraction laser : La diffraction laser est connue pour sa rapidité d'analyse et son débit élevé. Il peut traiter de grands volumes d'échantillons rapidement, ce qui le rend idéal pour les environnements où la vitesse est cruciale, comme dans les paramètres de contrôle de la qualité en fabrication. Cette méthode d'analyse de la taille des particules est généralement automatisée et nécessite une intervention minimale de l'opérateur, ce qui renforce encore son adéquation pour des applications à haut débit.

Analyse d'image dynamique : DIA est généralement plus lente par rapport à la LD, car elle implique la capture et le traitement d'un grand nombre d'images pour garantir la signification statistique. Le débit de la DIA est inférieur, et la méthode d'analyse de la taille des particules nécessite souvent plus de préparation d'échantillons et de supervision de l'opérateur, ce qui peut prendre plus de temps.

Diffraction laser : LD produit une distribution basée sur le volume, qui montre le pourcentage du volume total des particules dans des plages de taille spécifiques. Cette technique d'analyse de la taille des particules représente généralement la distribution de la taille des particules (PSD) sous forme de graphique, avec la taille des particules sur l'axe des x et soit le pourcentage de volume soit le pourcentage de volume cumulé sur l'axe des y. Bien que moins courantes, des distributions basées sur le nombre ou la surface des particules sont également disponibles, en fonction du logiciel et de l'application. Ceci donne différentes perspectives sur la taille des particules, en mettant l'accent sur les particules plus petites (basées sur le nombre) ou sur la surface totale (basées sur la surface).

D₁₀, D₅₀, D₉₀ sont les percentiles les plus courants dans la distribution. De plus, des informations sur la taille moyenne des particules, la médiane, le mode et la largeur de distribution peuvent être évaluées à partir de la distribution. Cependant, comme la LD suppose des particules sphériques, elle peut ne pas représenter avec précision la taille des particules de forme irrégulière, ce qui peut entraîner des interprétations erronées des données lors de l'utilisation de cette technique de mesure de la taille des particules.

Analyse d'image dynamique : DIA fournit une richesse d'informations, y compris la distribution de la taille des particules et des données morphologiques détaillées telles que les facteurs de forme, la circularité et l'élongation.

Les principales sorties d'une analyse d'image dynamique incluent une distribution de taille de particules basée sur des nombres. De plus, il fournit des informations détaillées sur les caractéristiques de taille et de forme des particules. Ces informations supplémentaires peuvent être particulièrement précieuses pour comprendre le comportement des particules dans différentes applications. De plus, cela permet une analyse en temps réel des particules au fur et à mesure de leur traitement, fournissant un retour immédiat. Cependant, la complexité des données peut également rendre leur interprétation plus difficile sans expertise appropriée. 

Diffraction laser : La diffraction laser est privilégiée dans diverses industries pour sa capacité à fournir des mesures rapides, précises et reproductibles de la distribution de la taille des particules sur une large gamme de tailles. La nature non destructive de cette méthode d'analyse de la taille des particules et sa capacité à traiter à la fois des poudres et des liquides en font un outil précieux dans de nombreuses applications industrielles. Récupération possible des échantillons Il peut mesurer une large gamme de tailles de particules, typiquement de sub-micron à millimètres. LD est largement utilisé dans les industries où la forme des particules est moins critique, et où des données de distribution de taille rapides et fiables sont essentielles. Les applications courantes incluent le contrôle de qualité du ciment, des produits pharmaceutiques, et des poudres métalliques. 

Analyse d'image dynamique : DIA est particulièrement utile dans les applications où la forme et la morphologie des particules sont cruciales, comme dans l'analyse des particules alimentaires, produits pharmaceutiques (par exemple, lorsque la forme peut affecter les taux de dissolution, la compressibilité, les processus de granulation, etc…), et les abrasifs. Il est également avantageux dans les environnements de recherche où une caractérisation détaillée des particules est requise. En raison de la distribution basée sur les nombres, cette technique d'analyse de la taille des particules est excellente pour détecter les particules sous-dimensionnées ou surdimensionnées dans l'échantillon, voire des valeurs aberrantes individuelles, ce qui la rend précieuse tant dans les environnements de R&D que de QC.

Diffraction laser : La principale limitation de la LD réside dans son hypothèse de particules sphériques, ce qui peut entraîner des inexactitudes lors du traitement de particules de forme irrégulière ou agglomérées. De plus, LD peut avoir des difficultés avec des particules très fines ou très grossières ou des mélanges complexes, surtout si elles sont en dehors de la plage de taille optimale pour l'équipement. Dans le cas de distributions multimodales, où plusieurs populations de particules existent, l'interprétation peut être difficile.

Analyse d'image dynamique : Les limitations de DIA incluent son débit relativement plus faible et un temps d'analyse plus élevé. De plus, les systèmes DIA peuvent être plus complexes et coûteux à exploiter, nécessitant des opérateurs qualifiés pour garantir une collecte de données précise. Interpréter des données de forme complexes et s'assurer qu'elles représentent avec précision l'échantillon peut être un défi, en particulier dans des mélanges hétérogènes.

La diffraction laser et l'analyse d'image dynamique ont toutes deux leurs forces et leurs faiblesses, les rendant adaptées à différentes applications, en fonction des exigences spécifiques de l'analyse. La diffraction laser est la méthode d'analyse de la taille des particules de choix pour une analyse rapide et à haut débit sur une large gamme de tailles, en particulier lorsque la forme n'est pas un facteur critique. En revanche, l'analyse d'image dynamique, en tant que l'une des méthodes d'analyse de taille de particules les plus détaillées, offre un aperçu sans égal de la morphologie des particules, la rendant inestimable dans les applications où une compréhension approfondie de la forme des particules est essentielle.

En pratique, le choix entre LD et DIA dépend souvent de l'équilibre entre le besoin de rapidité et le besoin d'informations morphologiques détaillées. Pour une caractérisation complète des particules, ces techniques de mesure de la taille des particules sont parfois utilisées conjointement, fournissant une image plus complète des propriétés des particules.

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