Malzeme biliminden ilaç endüstrisine, gıdadan kozmetiğe kadar birçok sektörde, bir malzemenin partikül büyüklüğü hayati önem taşır. Ürünün performansı, reaktivitesi, çözünürlüğü, tadı, dokusu ve hatta güvenliği, içerdiği partiküllerin boyutuna bağlı olabilir. Peki, bu görünmez derecede küçük veya gözle görülebilir partiküllerin büyüklüğü nasıl ölçülür? Bu rehberde, partikül büyüklüğü ölçümünde kullanılan temel birimleri – mikron, mesh ve nanometre – ve yaygın ölçüm yöntemlerini inceleyeceğiz.
Partikül büyüklüğü, bir malzemenin fiziksel ve kimyasal özelliklerini doğrudan etkiler. Örneğin:
Reaktivite: Daha küçük partiküller, daha büyük yüzey alanına sahip oldukları için kimyasal reaksiyonlara daha yatkındır. Bu, katalizörler ve ilaçlar için kritik öneme sahiptir.
Çözünürlük: İlaçların ve gıda katkı maddelerinin suda veya diğer sıvılarda ne kadar hızlı çözündüğü partikül büyüklüğüne bağlıdır.
Akışkanlık: Tozların depolama ve işleme sırasındaki akış özellikleri, partikül boyut dağılımıyla ilişkilidir.
Fiziksel Özellikler: Pigmentlerin rengi, kozmetik ürünlerin hissi, seramiklerin mukavemeti gibi birçok özellik partikül büyüklüğünden etkilenir.
Sağlık ve Güvenlik: Solunabilir partiküllerin akciğerlere ne kadar derinlemesine nüfuz edebileceği, boyutlarına bağlıdır.
Partikül büyüklüğünü ifade etmek için en yaygın kullanılan birimler şunlardır:
Mikron (µm) / Mikrometre: Metrenin milyonda biri (1 µm=10−6 m) olan bu birim, partikülün gerçek fiziksel boyutunu ifade eder. Çoğu endüstriyel toz ve granüllerin boyutu mikron seviyesindedir. Örneğin, insan saçının çapı yaklaşık 50-100 mikron, kırmızı kan hücreleri ise 6-8 mikrondur.
Nanometre (nm): Metrenin milyarda biri (1 nm=10−9 m) olan nanometre, özellikle nanoteknoloji alanında ve çok ince partiküllerin (örneğin virüsler, DNA molekülleri, bazı pigmentler) boyutunu belirtmek için kullanılır. 1 mikron, 1000 nanometreye eşittir.
Mesh: Özellikle eleme ve sınıflandırma işlemlerinde kullanılan mesh, bir eleğin 1 inçlik (2.54 cm) bir bölümünde bulunan delik sayısını ifade eder. Mesh sayısı ne kadar yüksekse, eleğin delikleri o kadar küçük ve dolayısıyla geçen partiküller o kadar incedir. Mesh, partikülün doğrudan boyutu yerine, belirli bir elekten geçip geçemediğini belirtir. Örneğin, "200 mesh" bir elekten geçen partiküllerin boyutu yaklaşık 74 mikron veya daha küçüktür.
Partikül büyüklüğü ölçümü, partiküllerin boyut aralığına ve uygulamanın gerektirdiği hassasiyete göre çeşitli yöntemlerle yapılır:
Çalışma Prensibi: Belirli delik boyutlarına sahip, üst üste dizilmiş elekler kullanılır. Toz numunesi en üstteki en kaba eleğe konulur ve elekler bir eleme cihazında sallanır. Partiküller, geçebildikleri en küçük elek açıklığında toplanır.
Kullanım Alanı: Daha büyük partiküllerin (genellikle 20 mikron ve üzeri) ölçümü için yaygın ve ekonomik bir yöntemdir. Özellikle gıda, inşaat, madencilik gibi sektörlerde kalite kontrol ve sınıflandırma için kullanılır.
İfade Şekli: Genellikle mesh veya mikron cinsinden elek açıklıklarıyla ifade edilir (örn. "% X oranında 100 mesh altı").
Çalışma Prensibi: Toz partiküllerinin bir lazer ışığını nasıl dağıttığı (kırdığı) prensibine dayanır. Daha büyük partiküller, lazer ışığını daha dar açılarda kırarken, daha küçük partiküller daha geniş açılarda kırar. Detektörler, kırılan ışığın açısını ve yoğunluğunu ölçerek partikül boyut dağılımını hesaplar.
Kullanım Alanı: Çok geniş bir partikül boyut aralığını (nanometreden milimetreye kadar) hızlı ve hassas bir şekilde ölçebilir. İlaç, kimya, seramik, boya ve mürekkep endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır.
İfade Şekli: Genellikle hacimsel partikül boyut dağılımı olarak mikron veya nanometre cinsinden (örn. D10, D50, D90 değerleri) sunulur.
Çalışma Prensibi: Sıvı içerisinde asılı duran partiküllerin rastgele hareketlerini (Brown hareketi) izler. Daha küçük partiküller daha hızlı hareket ederken, daha büyük partiküller daha yavaş hareket eder. Lazer ışığının saçılmasındaki dalgalanmalar ölçülerek partikül boyutu hesaplanır.
Kullanım Alanı: Özellikle çok küçük partiküllerin (nanometre aralığı, genellikle 1 nm - 10 mikron) ve nanopartiküllerin boyut dağılımı için idealdir. Biyoteknoloji, ilaç, polimer ve kolloid biliminde yaygındır.
İfade Şekli: Nanometre cinsinden ortalama partikül boyutu ve polidispersite indeksi (dağılımın genişliği) olarak ifade edilir.
Çalışma Prensibi: Mikroskop (optik veya elektron mikroskobu) ile partiküllerin görüntüleri alınır ve bu görüntüler yazılım aracılığıyla analiz edilerek her bir partikülün boyutu ve şekli belirlenir.
Kullanım Alanı: Partikül şekli hakkında bilgi edinmek istendiğinde veya numune boyutu kısıtlı olduğunda kullanışlıdır. Özellikle büyük partiküller (optik mikroskop) veya çok küçük partiküller (elektron mikroskobu) için uygundur.
İfade Şekli: Mikron veya nanometre cinsinden tek tek partikül boyutları ve şekil faktörleri.
Çalışma Prensibi: Stokes Kanunu'na göre, bir sıvı içinde asılı duran partiküllerin çökme hızı boyutlarıyla doğru orantılıdır. Çökme hızı ölçülerek partikül boyutu hesaplanır.
Kullanım Alanı: Özellikle kil, seramik ve bazı kimyasal tozlar gibi 0.1 mikrondan birkaç yüz mikrona kadar olan partiküller için kullanılır.
İfade Şekli: Mikron cinsinden partikül boyut dağılımı.
Partikül büyüklüğü, birçok malzemenin "kimlik kartı" gibidir; performansı ve kullanım alanını derinden etkiler. Mikron, mesh ve nanometre gibi farklı birimler, partikülün boyutunu farklı açılardan ifade etmemizi sağlar. Elek analizi, lazer difraksiyonu, DLS, görüntü analizi ve sedimantasyon gibi çeşitli ölçüm yöntemleri ise, malzemenin türüne ve istenen hassasiyete göre en uygun partikül büyüklüğü bilgisini elde etmemizi sağlar. Doğru partikül büyüklüğü ölçümü, ürün geliştirme, kalite kontrol ve süreç optimizasyonu için vazgeçilmez bir adımdır.
