Analyse par diffraction laser - Laser diffraction analysis
L'analyse par diffraction laser , également connue sous le nom de spectroscopie de diffraction laser , est une technologie qui utilise des motifs de diffraction d'un faisceau laser traversant tout objet d'une taille allant du nanomètre au millimètre pour mesurer rapidement les dimensions géométriques d'une particule. Ce processus ne dépend pas du débit volumétrique , la quantité de particules qui traverse une surface au fil du temps.
Opérations
L'analyse par diffraction laser est basée sur la théorie de la diffraction de Fraunhofer , selon laquelle l'intensité de la lumière diffusée par une particule est directement proportionnelle à la taille de la particule. L'angle du faisceau laser et la taille des particules ont une relation inversement proportionnelle, où l'angle du faisceau laser augmente lorsque la taille des particules diminue et vice versa.
L'analyse par diffraction laser est réalisée via un laser He-Ne rouge , un laser à gaz couramment utilisé pour les expériences de physique, composé d'un tube laser, d'une alimentation haute tension et d'un emballage structurel. Alternativement, des diodes laser bleues ou des LED de longueur d'onde plus courte peuvent être utilisées. L'inclinaison de l' énergie lumineuse produite par le laser est détectée en faisant passer un faisceau de lumière à travers une suspension puis sur un capteur . Une lentille est placée entre l'objet analysé et le point focal du détecteur, ne faisant apparaître que la diffraction laser environnante. Les tailles que le laser peut analyser dépendent de la distance focale de l'objectif , la distance entre l'objectif et son point de focalisation. À mesure que la distance focale augmente, la zone que le laser peut détecter augmente également, affichant une relation proportionnelle. Un ordinateur peut ensuite être utilisé pour détecter la taille des particules de l'objet à partir de l'énergie lumineuse produite et de sa disposition, que l'ordinateur dérive des données collectées sur les fréquences et les longueurs d'onde des particules .
Les usages
L'analyse par diffraction laser a été utilisée pour mesurer des objets de la taille des particules dans des situations telles que :
- observer la distribution des sédiments tels que l' argile et la boue , en mettant l'accent sur le limon et la taille des plus gros échantillons d'argile.
- détermination de mesures in situ de particules dans les estuaires . Les particules dans les estuaires sont importantes car elles permettent aux espèces chimiques naturelles ou polluantes de se déplacer facilement. La taille, la densité et la stabilité des particules dans les estuaires sont importantes pour leur transport. L'analyse par diffraction laser est utilisée ici pour comparer les distributions granulométriques pour étayer cette affirmation ainsi que pour trouver des cycles de changement dans les estuaires qui se produisent en raison de différentes particules.
- sol et sa stabilité lorsqu'il est mouillé. La stabilité de l'agrégation du sol (des mottes maintenues ensemble par de l'argile humide) et de la dispersion de l'argile (l'argile se séparant dans un sol humide), les deux états différents du sol dans la région de la savane du Cerrado , ont été comparées à l'analyse par diffraction laser pour déterminer si le labour avait un effet sur les deux. Les mesures ont été faites avant le labour et après le labour pour les différents intervalles de temps. La dispersion de l'argile s'est avérée ne pas être affectée par le labour, contrairement à l'agrégation du sol.
- déformabilité des érythrocytes sous cisaillement. En raison d'un phénomène spécial appelé le piétinement du réservoir , la membrane de l' érythrocyte (globule rouge, RBC) tourne par rapport à la force de cisaillement et au cytoplasme de la cellule, ce qui entraîne l'orientation des globules rouges. Les globules rouges orientés et étirés présentent un diagramme de diffraction représentant la taille apparente des particules dans chaque direction, permettant de mesurer la déformabilité des érythrocytes et l'orientabilité des cellules. Dans un ektacytomètre, la déformabilité des érythrocytes peut être mesurée sous un stress osmotique ou une tension d'oxygène changeants et est utilisée dans le diagnostic et le suivi des anémies hémolytiques congénitales .
Comparaisons
L'analyse par diffraction laser n'étant pas le seul moyen de mesurer les particules, elle a été comparée à la méthode du tamis-pipette, qui est une technique traditionnelle d' analyse granulométrique . Une fois comparés, les résultats ont montré que l'analyse par diffraction laser effectuait des calculs rapides qui étaient faciles à recréer après une analyse unique, ne nécessitaient pas de grandes tailles d'échantillons et produisaient de grandes quantités de données. Les résultats peuvent être facilement manipulés car les données sont sur une surface numérique. La méthode du tamis-pipette et l'analyse par diffraction laser sont capables d'analyser des objets minuscules, mais l'analyse par diffraction laser a permis d'avoir une meilleure précision que son homologue méthode de mesure des particules.
Critique
La validité de l'analyse par diffraction laser a été remise en question dans les domaines suivants :
- hypothèses comprenant des particules ayant des configurations et des valeurs de volume aléatoires. Dans certaines unités de dispersion, il a été démontré que les particules s'alignent plutôt que d'avoir un écoulement turbulent , les obligeant à se diriger dans une direction ordonnée.
- les algorithmes utilisés dans l'analyse par diffraction laser ne sont pas complètement validés. Différents algorithmes sont parfois utilisés pour que les données collectées correspondent aux hypothèses formulées par les utilisateurs afin d'éviter les données qui semblent incorrectes.
- imprécisions de mesure dues aux arêtes vives des objets. L'analyse par diffraction laser a la possibilité de détecter des particules imaginaires aux arêtes vives en raison des grands angles que les lasers font sur elles.
- par rapport à la collecte de données d' imagerie optique , une autre technique de dimensionnement des particules, la corrélation entre les deux était faible pour les particules non sphériques. Cela est dû au fait que les théories sous-jacentes de Fraunhofer et Mie ne couvrent que les particules sphériques. Les particules non sphériques provoquent des motifs de diffusion plus diffus et sont plus difficiles à interpréter. Certains fabricants ont inclus des algorithmes dans leur logiciel, qui peuvent compenser en partie les particules non sphériques.