O analisador de zero até infinito não existe (embora seja vendido por varios fabricantes...)

Forma da partícula - Qual o diâmetro de um fio de cabelo? ou de uma lâmina delgada?

A maioria das partículas reais não são exatamente esféricas, mas podem ser alongadas, achatadas, apresentar cantos vivos ou projeções, etc.

Assim, quando se fala em tamanho de uma partícula não esférica, perguntamos: qual "tamanho"?

E diferentes técnicas de medição podem dar resultados totalmente diferentes para a mesma partícula.

Por exemplo: a maioria das técnicas ópticas: difração, espalhamento, fotozona, reportarão tamanhos bastante maiores do que os reportados por sedimentação ou centrifugação

Não estamos aqui falando de erro instrumental, mas sim de diferentes princípios físicos envolvidos, ao ponto de se falar em "diâmetro" Stokes e "diâmetro" óptico.

Nos casos extremos, de partículas muito alongadas ou achatadas, essa diferença pode chegar a mais de 1000%.

Se a forma das partículas for realmente um parâmetro importante, é mais recomendado algum sistema de análise de forma de partículas.

Existem hoje sistemas dotados de softwares de análise bastante poderosos, com ampla gama de filtros matemáticos para caracterizar a forma dessas partículas.

Qual o sistema mais adequado depende principalmente da faixa de tamanho de interesse:

• SAXS é utilizável de sub-nanômetro até centenas de nanômetros
• Microscopia eletrônica de transmissão e microscopia de força atômica são utilizáveis de poucos nanômetros até dezenas de micra.
• Microscopia eletrônica de varredura é efetiva de submicron até centenas de micra.
• Microscopia óptica é mais indicada na faixa de um micron até milímetros.
• Sistemas fotográficos cobrem partículas maiores.

As várias técnicas de microscopia têm sua exatidão fortemente dependente da correta calibração contra padrões adequados.

A Microscopia Eletrônica de Varredura conta ainda com o recurso de poder analisar a composição elementar de cada partícula, o que é importante em um grande número de aplicações.

Microscopia Raman confocal é outro recurso, permitindo caracterizar quimicamente cada partícula - ou mesmo a distribuição de componentes em cada partícula.

Por outro lado, em geral as técnicas de microscopia analisam populações relativamente pequenas de partículas podendo passar despercebidas partículas maiores que, embora em pequeno número, alteram significativamente as características do material.

Sistemas automatizados de análise permitem a análise rápida de um grande número de partículas, eliminado parcialmente essa restrição.

Com computadores cada vez mais poderosos a custos acessíveis e câmeras de vídeo cada vez mais rápidas com alta resolução, as técnicas de análise de imagem têm se tornado viáveis em mais e mais aplicações.

A amostra é representativa do material?

Deve-se tomar especial cuidado com a coleta da amostra ou corre-se o risco de medir com extrema precisão uma população que não é representativa da população total.

A grande maioria dos processos de transporte e até de armazenagem provocam segregação de tamanhos.

Existem numerosos textos e até livros sobre o assunto, que foge ao escopo de nossa discussão.

O tamanho da amostra depende ainda da granulometria e qual seja o parâmetro relevante:

Para um material com granulometria 1000 ASTM (13 µm), um miligrama de amostra pode ser suficiente.

Por outro lado, se o importante for conhecer com razoável segurança um pico em 1 mm, pode ser necessário 1kg de amostra para ter uma estatística confiável.

A preparação da amostra é adequada ao que se pretende medir?

Temos visto erros grosseiros os mais diversos:

A escolha inadequada do meio dispersante pode agregar, gelificar ou dissolver o material que queremos caracterizar.

Mesmo escolhendo o meio mais adequado, em geral temos que acrescentar um agente dispersante conveniente para garantir a boa dispersão das partículas.

Normalmente é necessário ainda o emprego de uma ação mecânica, seja uma simples agitação ou a aplicação de ultrassom.

Por outro lado, a aplicação de uma ação demasiado violenta pode fragmentar as partículas de interesse e estaremos medindo uma amostra que já não é a correta.

Ou uma agitação incorreta pode levar à segregação por tamanho das partículas no agitador, criando um novo erro de amostragem.

O tamanho de amostra é adequado à população?

Numa análise por microscopia óptica ou eletrônica, em geral mede-se apenas algumas dezenas ou centenas de partículas

Existe uma tendência bastante comum de descartar uma ou duas partículas que diferem significativamente da média.

Mas essas poucas partículas desprezadas podem indicar uma característica importante da distribuição.

Por exemplo, em uma amostra de sílica usada em dentifrício, a microscopia eletrônica desprezava partículas bastante maiores do que a média, que ocorriam esporadicamente na amostra.

Uma técnica envolvendo grandes populações de partículas (efeito Stokes) constatou que havia uma percentagem pequena, mas não desprezível dessas partículas muito maiores e constatou-se que as mesmas alteravam substancialmente a abrasividade do material.

Modernamente existem sistemas automatizados de análise de imagem que minimizam essa deficiência.

Faixa de tamanho:

Muitas aplicações têm interesse na faixa em torno de 1 mícron.

Essa faixa é especialmente delicada porque é a linha divisória entre várias técnicas.

O comprimento da luz laser utilizada pela maioria das técnicas ópticas é em torno de 600-800 nm (0,6 a 0,8 µm).

Alguns dos aparelhos mais sensíveis usam lasers em 400nm para maior sensitividade na faixa nanométrica.

As equações da difração Fraunhoffer somente são válidas para diâmetros bastante maiores que esse comprimento de onda. Veja mais

Idem para as várias técnicas de fotozona e microscopia óptica, devido à difração da luz.

O espalhamento Mie necessita de informações sobre as características ópticas das partículas (índices de refração e extinção) e a rigor somente se aplica a partículas esféricas.

O espalhamento Rayleigh é válido para diâmetros bastante menores que esse mesmo comprimento. Veja mais

Técnicas de eletrozona começam a sofrer de alto ruído em relação ao sinal e erros de coincidência.

Técnicas de sedimentação estática são limitadas por difusão e levam a tempos extremamente longos (horas e até dias). Sistemas com disco rotativo reduzem significativamente esses tempos. Veja mais

Técnicas de análise de imagem por microscopia são limitados pelo critério de Abbe, partículas menores que 500 nm não são resolvíveis, qualquer discriminação efetiva de forma começa em 2 µm. Usando-se luz azul e objetivas de imersão, baixa-se um pouco esses limites - 300 nm e 1,2 µm. Veja mais

Esses limites são generalizações.

Em condições especiais, esses limites podem ser excedidos.

Mas, o usuário deve ver com extrema cautela especificações fora desses limites sem qualificação precisa.

Muitas vezes, essas especificações somente são atingidas em condições especiais sem interesse para problemas reais.

Ou são simples extrapolações, sujeitas a erros bastante grandes.

Instrumentos híbridos:

Existem no mercado instrumentos que incorporam mais de uma técnica. Por exemplo: Difração Fraunhoffer e espalhamento Mie.

Mas tem-se que tomar cuidado na hora de juntar os gráficos; normalmente cada técnica usa diferentes pesos e são sujeitas a limitações teóricas, que levam a erros maiores exatamente nos extremos.

Assim, esses gráficos juntados têm artefatos, que o usuário desavisado pode imaginar serem distribuições reais.

Ou o fabricante usa algoritmos para "suavizar" esses artefatos.

Mas, essas manipulações geram perda substancial de resolução.

RECOMENDAÇÃO

Estime a distribuição média e a faixa de tamanho para suas amostras de interesse.

Faça algumas medidas preliminares para confirmar suas estimativas.

Busque um instrumento que possa cobrir essa faixa sem estar próximo do limite de suas especificações.

Escolha um instrumento adequado à tarefa.

Lembre-se: O granulômetro de zero até infinito não existe!