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Siebanalyse

Digitalisieren und automatisieren Sie Arbeitsabläufe zur Bestimmung der Korngrößenverteilung

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Siebanalyse - Partikelgrößenverteilung

Die Siebanalyse oder ein Gradationstest ist eine wichtige Methode zur Beurteilung der Partikelgrößenverteilung von körnigem Material. Die Partikelgröße beeinflusst Materialeigenschaften wie Fließ- und Förderverhalten (bei Schüttgut), Reaktivität, Abrasivität, Löslichkeit, Extraktions- und Reaktionsverhalten, Geschmack, Kompressibilität und vieles mehr. Die Bestimmung der Partikelgröße ist daher für eine Vielzahl von Industriezweigen, wie z.B. die Lebensmittel-, Bau-, Kunststoff-, Kosmetik- und Pharmaindustrie, unerlässlich, um die Verfahrenstechnik zu optimieren und die Qualität und Sicherheit der Endprodukte zu gewährleisten.

Zur Messung der Partikelgrößenverteilung können je nach Probenmaterial, erwarteten Partikelgrößen und Umfang der Untersuchung verschiedene Methoden und Verfahren angewendet werden. Dazu gehören die direkte Bildanalyse, entweder statisch (SIA) oder dynamisch (DIA), die statische Lichtstreuung (SLS), auch Laserbeugung (LD) genannt, die dynamische Lichtstreuung (DLS) und die Siebanalyse. Die Siebanalyse ist die traditionelle und am häufigsten verwendete Methode zur Messung der Partikelgrößenverteilung.

Warum die Siebanalyse wichtig ist

Zu den Vorteilen der Siebanalyse gehört, dass sie einfach zu handhaben ist, nur minimale Investitionskosten erfordert, in vergleichsweise kurzer Zeit genaue und reproduzierbare Ergebnisse liefert und die Möglichkeit bietet, Partikelgrößenfraktionen zu trennen. Das Verfahren der Siebanalyse durch Differenzsiebwägung ist ein langwieriger und fehleranfälliger Prozess. Der Einsatz einer präzisen Waage mit praktischen Funktionen und digitaler Datenverwaltung kann sich schnell auszahlen.

High-Throughput Experimentation (HTE)

Wie man eine Siebanalyse durchführt

Schauen Sie sich dieses Video an und erfahren Sie, warum die Analyse der Partikelgröße so wichtig ist und wie Sie die Siebanalyse Schritt für Schritt durchführen.

Die Auswirkung der Partikelgrößenverteilung kann enorm sein und ihre Analyse durch Siebwägung ist ein langwieriger und fehleranfälliger Prozess. Automatisieren Sie Ihre Arbeitsabläufe bei der Siebanalyse: Machen Sie geführte Prozesse und digitales Datenmanagement zu einem integralen Bestandteil Ihrer gesamten Siebwägung!

 

Springen Sie zu einem der folgenden Abschnitte, um mehr zu erfahren:

  1. Siebanalyse, ein typischer Arbeitsablauf
  2. Gängige Methoden zur Analyse von Partikelgrößen und -verteilungen
  3. Fordern Sie kostenlose Unterstützung für schnelles und fehlerfreies Siebwägen an
  4. Die Herausforderungen des Siebwägens bei der Siebanalyse
  5. Unsere Wägelösung für die Siebanalyse: Präzisionswaage der Spitzenklasse, verbunden mit LabX™ Laborsoftware
  6. Kostenloser eGuide: Bestimmung der Partikelgrößenverteilung durch Siebanalyse
  7. FAQ - häufig gestellte Fragen zur Siebanalyse

 

Arbeitsablauf der Siebanalyse

Typischer Arbeitsablauf für die Siebanalyse

Ein Siebstapel besteht aus mehreren übereinander gestapelten Sieben mit zunehmender Maschenweite, wobei die Probe auf das oberste Sieb gelegt wird. Es wird so lange gesiebt, bis sich die Masse der Probe auf jedem Sieb nicht mehr verändert (= konstante Masse). Jedes Sieb wird gewogen, und das Volumen jeder Fraktion wird in Gewichtsprozent berechnet, so dass sich eine massebasierte Verteilung ergibt.

 

 

Schritte zur Vorbereitung
1. Methodenentwicklung: Wählen Sie auf der Grundlage des zu untersuchenden Materials eine geeignete Standardmethode, wählen Sie die geeigneten Siebe im Stapel aus, um eine gleichmäßige Verteilung auf jedem Sieb zu gewährleisten, und bestimmen Sie die erforderliche Probenmenge. Vorversuche können helfen, diese Parameter festzulegen
2. Vorbereitung der Siebe oder Stapel, z.B. Vorerfassung der Siebe (Identifizierung und Taragewicht)
3. Probenahme
4. Probenvorbereitung, z.B. Vortrocknung, Konditionierung oder Probenteilung

Schritte zum Wägen der Siebe
5. Wägen Sie die Siebe leer, von unten nach oben oder von der Schale (A), die kleinste Maschenweite (B) bis zur größten Maschenweite (E); identifizieren Sie jedes Sieb, ziehen Sie die Tara ab
6. Fügen Sie die Probe hinzu
7. Sieben (manuell oder mit der Siebschüttelmaschine)
8. Rückwägen der Fraktionen in jedem Sieb, von oben nach unten oder von der größten Maschenweite zur kleinsten Maschenweite
9. Analyse, Auswertung und Interpretation der Ergebnisse

Wartung der Ausrüstung
Wie andere Präzisionsmessgeräte im Labor müssen auch Analysensiebe regelmäßig gewartet werden, um den Leistungsstandard aufrechtzuerhalten; dazu gehören:

  • Sorgfältige Reinigung nach jedem Durchlauf
  • Leistungsüberprüfung vor dem Gebrauch und regelmäßige Routinekontrollen, z.B. durch Tests mit Eignungsprüfungsproben
  • Kalibrierung: Regelmäßige Kalibrierung und Neuzertifizierung der Analysensiebe (ASTM E11 oder ISO 3310-1).

 

Gängige Methoden zur Analyse von Partikelgrößen und -verteilungen

Die Methode der Wahl zur Bestimmung von Partikelgrößen und -verteilungen hängt von der Zielsubstanz und den erwarteten Partikelgrößen ab.

Methoden der Partikelgrößenanalyse:

  1. Siebanalyse
  2. Direkte Bildanalyse, entweder statisch (SIA) oder dynamisch (DIA)
  3. Statische Lichtstreuung (SLS), auch Laserbeugung (LD) genannt
  4. Dynamische Lichtstreuung (DLS)
Ergebnisse der Siebanalyse

Die Siebanalyse ist die traditionelle Methode zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung. Feste Partikel mit einer Größe von 125 mm bis hinunter zu 20 μm können schnell und effizient durch Trocken- oder Nasssiebung mit Standard-Prüfsieben gemessen werden.

Die Siebanalyse ist in einer Reihe von nationalen und internationalen Normen als obligatorische Testmethode für eine Vielzahl von analytischen und industriellen Verfahren festgelegt. Eine schnelle Suche nach dem Stichwort "Sieb" führt zu über 150 einzelnen Normergebnissen auf der ASTM-Website und zu über 130 Ergebnissen auf der ISO-Website. Diese Ergebnisse geben Auskunft darüber, welche Siebgrößen für ein bestimmtes Material erforderlich sind. Jede Norm beschreibt detailliert, wie der Partikelgrößentest durchzuführen ist, einschließlich Probengröße, Testdauer, erwartete Ergebnisse und Akzeptanzmethode.

Beispiele für Normen:

  • ASTM C136: Standardtestmethode für die Siebanalyse von feinen und groben Gesteinskörnungen
  • ASTM D422: Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils (Standardtestmethode für die Partikelgrößenanalyse von Böden)

Die meisten dieser Normen schreiben vor, dass die verwendeten Siebe bestimmte technische Anforderungen erfüllen müssen, die in speziellen Siebnormen wie ISO 3310 oder ASTM E11 / E 323 beschrieben sind.

Die direkte Bildanalyse ermöglicht die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der einzelnen Partikel (Größe, Form und Oberflächenmorphologie). Der entscheidende Unterschied zwischen der dynamischen und der statischen Bildanalyse besteht darin, dass sich bei der statischen Bildanalyse die Partikel auf einem Träger befinden und sich während der Aufnahme nicht relativ zur Kamera bewegen, wie z.B. bei einem Mikroskop, während sich bei der dynamischen Bildanalyse die Partikel an einem Detektor vorbeibewegen.

Die statische Bildanalyse (SIA) wird in erster Linie zur Messung enger Größenverteilungen verwendet, wobei der Schwerpunkt auf der Charakterisierung sehr feiner Partikel liegt. Sie liefert hochauflösende Partikelbilder, die eine äußerst genaue Beschreibung von Größe und Form ermöglichen, aber sie ist zeitaufwendig. Die SIA wird hauptsächlich in der Forschung und Entwicklung eingesetzt.
Norm: ISO 13322-1.

Die Dynamische Bildanalyse (DIA) ist eine auf Zahlen basierende Partikelcharakterisierungsmethode, die für Proben größer als etwa 1 µm anwendbar ist. Wenn auch kleinere Partikel gemessen werden sollen, ist die Laserdiffraktion (LD) die Methode der Wahl. DIA ist eine moderne Methode zur Charakterisierung der Partikelgröße, die sich ideal für Routinemessungen von Schüttgut, Pulvern, Granulaten und Suspensionen eignet. In vielen Branchen hat die DIA bereits die traditionelle Siebanalyse ersetzt.
Norm: ISO 13322-2.

Mit der statischen Lichtstreuung (SLS) oder der Laserbeugung (LD ) können volumenbasierte Verteilungen, pharmazeutische Wirkstoffe (API) und PSD in Flüssigkeiten und Aufschlämmungen bestimmt werden. Die Laserbeugung ist die gängigste Methode zur Bestimmung von Partikelgrößenverteilungen neben der traditionellen Siebanalyse. Sie basiert auf der Ablenkung eines Laserstrahls durch ein Ensemble von Partikeln, die entweder in einer Flüssigkeit oder in einem Luftstrom dispergiert sind.
Standard: ISO 13320.

Dynamische Lichtstreuung (DLS) basiert auf der Brownschen Bewegung von dispergierten Partikeln in Lösung. Es handelt sich um eine nicht-invasive Technik zur Messung der Größe und Größenverteilung von Molekülen und Partikeln, die typischerweise im Submikronbereich liegen.
Norm: ISO 22412.

 

Experten für Siebanalyse

Brauchen Sie einen Rat?

Möchten Sie wissen:

  • Wie Sie Ihre Siebanalyse einfacher, schneller und weniger fehleranfällig machen können
  • Wie Sie den Durchsatz erhöhen und die Kosten pro Probe senken können?

Unser Expertenteam steht Ihnen jederzeit mit Rat und Tat zur Seite. Bitte zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren.

 

Herausforderungen bei der Siebanalyse

Die Herausforderungen des Siebwägens in der Siebanalyse

Die Schritte bei der Siebanalyse sind:

  1. Wägen Sie die leeren Siebe
  2. Fügen Sie die Probe hinzu
  3. Sieben Sie für 5-10 Minuten
  4. Rückwägen
  5. Reinigen Sie die Siebe

Ein Standard-Siebstapel besteht in der Regel aus 5-10 Sieben, was den gesamten Prozess recht zeitaufwändig macht.

Die Herausforderungen bei der Siebanalyse sind:

  • Wie kann man eine Verwechslung der Siebe vermeiden oder verhindern? Wurde die Reihenfolge der Siebe immer korrekt eingehalten?
  • Wie kann sichergestellt werden, dass keine Prozessschritte übersprungen wurden oder dass nichts doppelt gemessen wurde?
  • Wurde alles korrekt aufgezeichnet? Wurden alle Ergebnisse fehlerfrei transkribiert?
  • Wie wird sichergestellt, dass die Berechnungen korrekt durchgeführt werden?

 

Siebanalyse - Waagen und Software

Besondere Wägelösung für die Siebanalyse: XPR- oder XSR-Präzisionswaage in Verbindung mit Labx™-Laborsoftware

 

Automatisieren und digitalisieren Sie Ihren Arbeitsablauf beim Wägen von Sieben, um den Prozess zu beschleunigen und weniger fehleranfällig zu machen. Investieren Sie in eine XPR- oder XSR-Präzisionswaage, die mit der LabX™-Laborsoftware verbunden ist, und profitieren Sie von einem schnellen Return on Investment, indem Sie den Prozess beschleunigen, den Durchsatz erhöhen und die Kosten pro Probe senken.

Geführter und automatisierter Prozess

Der Prozess kann über den Touchscreen der Waage gestartet werden. Der Benutzer wird sicher Schritt für Schritt durch den gesamten Arbeitsablauf geführt. Mit der automatischen Gewichtserkennung können Sie die Siebe nacheinander wägen, ohne eine Taste zu berühren. Alle Taragewichte werden genau und vollständig gespeichert.
Die grafische Wägehilfe SmartTracTM macht es Ihnen leicht, Ihre Probe bis zu einem bestimmten Zielwert zu wägen und verhindert, dass Sie Ihre Siebe überlasten.
Zum Rückwägen nehmen Sie einfach die Aufgabe auf dem Waagenbildschirm wieder auf und wägen die beladenen Siebe in der richtigen Reihenfolge, wie auf dem Bildschirm vorgegeben. Die Gewichtswerte werden automatisch aufgezeichnet, sobald ein stabiler Wert erreicht ist.

Effizientes Wägen

Mit der AutoZero-Funktion und der automatischen Ergebnisaufzeichnung ist das Wägen unschlagbar schnell und sicher. Die hohe Stabilität der einzigartigen SmartPan™-Waagschale bedeutet, dass Sie Ihre Ergebnisse im Vergleich zum Wägen auf einer Standardwaagschale bis zu doppelt so schnell erhalten. Daten und Ergebnisse werden automatisch auf dem integrierten Ergebnisprotokoll aufgezeichnet, wodurch die zeitaufwändige und fehleranfällige manuelle Dateneingabe/-ausgabe entfällt. Mehrere Schnittstellen (4 USB, 1 LAN) ermöglichen den einfachen Export der Ergebnisse auf einen PC oder ein anderes System.

Fehlerfreie Dokumentation

LabX™ bietet eine umfassende Datenverwaltung und vollständige Rückverfolgbarkeit; es kümmert sich automatisch um alle Daten und Berechnungen. Nach dem letzten Wägeschritt ist das Endergebnis fertig. Die Komplettlösung kann auf individuelle Prozessanforderungen zugeschnitten und in das bestehende ERP/LIMS-System Ihres Unternehmens integriert werden, was eine bidirektionale Übertragung von Aufgaben und Ergebnissen ermöglicht. Alle Daten werden sicher in einer zentralen Datenbank gespeichert und es können jederzeit individuelle Berichte erstellt werden.

Langlebige und leicht zu reinigende Konstruktion

Die XPR- und XSR-Waagen wurden so konstruiert, dass sie rauen Bedingungen standhalten und sich leicht und ohne Werkzeug zerlegen lassen. Alle Teile sind spülmaschinenfest - glatte Oberflächen und abgerundete Kanten machen die Reinigung der Waage sehr einfach.

 

Anleitung zur Siebanalyse Free PDF

eGuide: Bestimmung der Partikelgrößenverteilung durch Siebanalyse

Laden Sie unseren kostenlosen eGuide herunter und lernen Sie die Grundlagen der Siebanalyse kennen, einschließlich Anwendungsfälle, Arbeitsabläufe, bewährte Verfahren und effiziente Lösungen. Auf leicht verdauliche Weise werden Anwendungsfälle in verschiedenen Branchen vorgestellt und ihre Bedeutung in jedem Segment erläutert. Außerdem werden verschiedene Methoden der Partikelgrößenanalyse verglichen, die Arbeitsabläufe bei der Siebanalyse erläutert und bewährte Verfahren vorgestellt, darunter 7 Tipps & Tricks für die richtige Siebanalyse.

Der Lean-Lab-Ansatz mit kontinuierlichen Verbesserungsprozessen (KVP) hilft dabei, weitere Möglichkeiten zur Prozessoptimierung bei der Siebanalyse aufzudecken.

In diesem eGuide werden die folgenden 6 KVP-Ziele erörtert:

  1. Beschleunigen
  2. Zuverlässige Ergebnisse gewährleisten
  3. SOPs zur Hand haben
  4. Fehlerfreies Rückwägen sicherstellen
  5. Vermeiden Sie Transkriptionsfehler
  6. Standardisieren Sie Berichte

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FAQ

Häufig gestellte Fragen zur Siebanalyse

Welche Probengröße wird für die Siebanalyse empfohlen?

Bei Experimenten zur Siebanalyse besteht oft die Tendenz, zu große Proben zu verwenden, da man annimmt, dass die Testergebnisse dadurch genauer werden. Dies beeinträchtigt jedoch die Genauigkeit des Ergebnisses, da jedes einzelne Partikel nicht die Möglichkeit hat, sich auf der Oberfläche des Testsiebs zu präsentieren. Im Allgemeinen wird eine Probe von 25-100 g empfohlen. Es gibt ein Verfahren zur Bestimmung der geeigneten Probengröße, bei dem ein Probenteiler verwendet wird, um die Probe auf verschiedene Gewichte zu reduzieren (25 g, 50 g, 100 g, 200 g) und die Proben in den verschiedenen Gewichtsbereichen zu testen. Wenn der Test mit einer 50-g-Probe ungefähr den gleichen Prozentsatz ergibt, der das Feinsieb passiert, wie eine 25-g-Probe, während eine 100-g-Probe einen viel geringeren Prozentsatz ergibt, der das Feinsieb passiert, würde dies darauf hindeuten, dass die 50-g-Probe die geeignete Probengröße ist.

Was ist der Unterschied zwischen den Siebdurchmessern in den ASTM-Normen und den ISO/BS-Normen?

In den ASTM-Normen werden die Siebdurchmesser in Zoll gemessen, während in den ISO/BS-Normen Millimeter verwendet werden. Es gibt einen kleinen Unterschied zwischen 8 Zoll und 200 mm oder 12 Zoll und 300 mm Durchmesser. In Wirklichkeit entsprechen 8 Zoll 203 mm und 12 Zoll 305 mm. Daher können Prüfsiebe mit einem Durchmesser von 8 Zoll und 200 mm nicht verschachtelt werden, ebenso wenig wie Prüfsiebe mit einem Durchmesser von 12 Zoll und 300 mm.

Was sind die Unterschiede zwischen den Maschenzahlen und Drahtabständen in den ASTM-Normen und den ISO/BS-Normen?

Die Maschenzahl gibt die Anzahl der Drähte pro Zoll (25,4 mm) an. Drahtsiebe werden entweder nach Maschenzahl oder nach dem Drahtabstand verkauft. Die amerikanischen ASTM-Normen verwenden die Maschenzahl, während die internationalen und britischen ISO/BS-Normen eher den Drahtabstand angeben.

Wie wirkt sich die Luftfeuchtigkeit im Labor auf die Siebanalyse aus?

Sehr trockene Bedingungen können dazu führen, dass feine Pulver mit starken elektrostatischen Ladungen sowohl an den Siebkomponenten als auch aneinander haften. Idealerweise sollte die relative Luftfeuchtigkeit (% RH) zwischen 45% und 60% liegen.

Was sind die Vorteile der Siebanalyse gegenüber alternativen Techniken, wie z.B. Bildanalyseverfahren?

Zu den Vorteilen der Siebanalyse gehören geringe Investitionskosten, einfache Handhabung, präzise und reproduzierbare Ergebnisse in relativ kurzer Zeit und die Möglichkeit, die Partikelgrößenfraktionen zu trennen. Daher wird diese Methode häufig anstelle von Methoden mit Laserlicht oder Bildverarbeitung eingesetzt.

Was sind die Grenzen der Siebanalyse?

Eine Einschränkung ist die Anzahl der erzielbaren Größenfraktionen, die die Auflösung begrenzt. Ein Standardsiebstapel besteht aus maximal 8 Sieben, was bedeutet, dass die Partikelgrößenverteilung auf nur 8 Datenpunkten basiert. Weitere Einschränkungen sind, dass diese Technik nur mit trockenen Partikeln funktioniert, die Mindestmessgrenze bei 50 µm liegt und die Methode recht zeitaufwändig sein kann.