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OPERACIONES Y PROCESOS TEMA: MICROMERITICA

1. Etimología

Micromerítica proviene de las voces griegas: “Micro” (pequeño) y “metro” (medida), por lo cual significa medida de lo pequeño.

2. Definición

El termino micromerítica fue propuesto por J.M. Dallavalle para referirse a la ciencia y tecnología de las partículas pequeñas. Derivando de las palabras griegas para “pequeño y parte”. Dallavalle encontró que el comportamiento y características de las partículas reunidas ampliamente son consecuencia de la información sobre la medida de las partículas, distribución de tamaños, disposición de empaquetamiento, y en general la teoría de las propiedades físicas de las sustancias finamente divididas.

La micromerítica se ha convertido en un área de estudio importante en la industria farmacéutica porque esta influye en un gran número de parámetros en investigación, desarrollo y fabricación.

El estudio de finas partículas en las formas farmacéuticas implica diversas técnicas. La micromerítica también involucra la investigación del área dela superficies, tamaño y distribución de las partículas, la naturaleza de la superficie solida, y forma que posean, así como propiedades derivadas: densidad, porosidad y actividad catalítica.

Estar preparado es importante, saber esperarlo es aún más, pero aprovechar el momento adecuado es la clave de la vida.

MICROMERÍTICA


3. Características de una partícula

3.1.Dimensiones

Cuando se determina el tamaño de un sólido relativamente grande, lo habitual es medir tres dimensiones, pero si este mismo sólido se rompe y sus fragmentos se trituran, las finas partículas resultantes serán irregulares, con distinto número de caras y resultara difícil o poco práctico determinar más de una sola dimensión.

Suele ser conveniente expresar el tamaño de una partícula por medio de una sola dimensión lineal, por ejemplo d = 50 micras. Pero una sola dimensión resulta insuficiente para descubrir objetos irregulares a menos que sea acompañada por otra información. Las esferas, cubos y otras formas regulares se describen por medio de una sola dimensión siempre que se especifique la forma. Las partículas de polvo raramente exhiben una forma uniforme si bien pueden encontrarse ocasionalmente formas esféricas y cúbicas. La masa, el volumen y el área superficial describen una partícula irregular, pero estos parámetros no son fácilmente mesurables individualmente (especialmente para los tamaños menores). Se gana muy poco procediendo así aún cuando esto sea factible puesto que el comportamiento real de la partícula todavía involucra su forma.

Por ello suele considerarse que una partícula de un solido es aproximadamente esférica, lo que permite caracterizarla midiendo solo su diámetro.

Como en este caso la medición se refiere a una esfera hipotética que solo representa una aproximación a la forma verdadera de la partícula, la dimensión considerada se conoce como diámetro equivalente de la partícula.

3.1.1. Diámetros equivalentes

Consiste en asimilar una propiedad de la partícula irregular (volumen, área superficial, etc.) a la de una partícula esférica; la partícula esférica que tiene una propiedad común con la partícula irregular se denomina esfera equivalente y su diámetro: diámetro esférico equivalente.



Además de los diámetros equivalentes con significado geométrico, es posible definir un amplio número de diámetros esféricos equivalentes de diferente naturaleza que tiene su origen en los procedimientos más usuales en la micromerítica.

Entre ellos, se destaca:

DIÁMETRO EQUIVALENTEDiámetro de volumen

Diámetro de superficie

Diámetro del área proyectada

Diámetro de perímetro

Diámetro de tamización

Diámetro de sedimentación o de Stokes

Un grupo especial de diámetros equivalente son los ligados a las técnicas microscópicas de análisis granulométrico. Entre ellos, dos de los mas utilizados son los de Martin y de Feret. El diámetro de Martin se define como la longitud de la línea perpendicular a ala escala del ocular que, uniendo dos puntos extremos de la partícula, divide su área proyectada en dos partes iguales. El diámetro de Feret es la distancia



entre dos líneas tangentes paralelas al perfil dela partícula y perpendiculares a la escala del ocular.

En la practica el diámetro equivalente mas adecuado para cada situación concreta debe seleccionarse teniendo en cuenta la propiedad de la partícula que se pretende evaluar o relacione, así si trata de medir el tamaño de las partículas de un sólido pulverulento que constituirá la fase interna de una suspensión, el diámetro equivalente mas adecuado será el de la sedimentación o de Stokes. Este aspecto es importante debido a que las partículas irregulares presentas diferentes valores para los distintos diámetros equivalentes, ya que, por la propia definición de diámetro esférico equivalente sus valores sólo coinciden si se trata de partículas esféricas.

Ejemplo: Se muestra en la siguiente figura que si una partícula de forma cubica de 100 micras de longitud, entonces tendrá un volumen de 106

micras3 y una superficie de 6x 104 micras2. El diámetro equivalente de volumen de la partícula cubica será, por lo tanto de 124,28 micras.

V = ( 1/6 ) π . d3


a

c


a = b = c= 100 micras diámetro esférico equivalente= 124,28 micras

De igual manera su diámetro equivalente de superficie será de 138.20 micras.

S = π d2

También es importante destacar que, cuanto mas se aleje de la forma de las partículas irregulares de la esférica, mayor será la diferencia existente entre los valores correspondientes a distintos diámetros equivalente. Tamaño

En general, es posible especificar diámetros para cualquier partícula equidimensional. Las partículas que lo tienen esta característica, es decir, que son de mayor longitud en una dirección que en otra, algunas veces se caracterizan por la segunda dimensión mayor longitud. Por convención los tamaños de las partículas se expresan en diferentes unidades dependiendo del intervalo de tamaños que intervienen. Las partículas gruesas se miden en pulgadas o milímetros. Las partículas finas en función a la abertura de la malla del tamiz, mientras que partículas muy finas en micrómetros o nanómetros.

3.1.2. Área superficial

El área superficial de un material es una propiedad de importancia fundamental para el control de velocidad de interacción química entre sólidos y gases o líquidos. La magnitud de esta área determina, por ejemplo, cuán rápido se quema un sólido, cuán pronto se disuelve un polvo dentro de un solvente, cuán satisfactoriamente los materiales de construcción resisten las inclemencias del tiempo, cuán satisfactoriamente un catalizador promueve una reacción química, o cuán efectivamente un absorbedor elimina un contaminante.

Las partículas que se obtienen normalmente mediante rotura o trituración pueden producir algunos trozos relativamente grandes y muchos otros minúsculos. Las partículas diminutas exhiben la mayor parte del área superficial y son, por tanto, mucho mas reactivas.


b


Estas partículas suelen ser pasadas por alto si sólo se mide el tamaño de partícula, pero su contribución debe ser tomada muy en cuenta cuando se considera el área superficial. La mayoría de las partículas, además, tienen superficies bastante irregulares. Sus áreas pueden ser entonces mucho mayores que la de un cubo o esfera regular de dimensiones lineales comparables. Estas irregularidades pueden ir desde escala atómica hasta grietas, rendijas o poros relativamente grandes.

Además, está relacionada directamente al tamaño de la partícula, aumenta en forma notable al disminuir éste. Así, llevar una partícula desde malla 80 (1.7 mm) hasta malla 400 (37 micrones) supone aumentar el área disponible a razón de 90:1.

Ese incremento en el área superficial, supone una capacidad aumentada para la captación de gases de absorción, para la fijación de humedad, en la reactividad química, en la velocidad de disolución, en la atracción

sobre partículas vecinas, en actividad electrostática, etc. Por otro lado la superficie específica se define como el área superficial por unidad de masa de material.


Superficie específica creada por impacto sobre vidrio molido



Superficies específicas medida de 5 minerales comunes. Variación por su tamaño.


3.2.Densidad

La densidad es universalmente definida como “peso por unidad de volumen”. En vista de que las partículas pueden representarse de consistencia dura y lisa, en algunos casos áspera y esponjosa; en otros, fisuras o rajaduras microscópicas, poros internos y espacios capilares. Se han distinguido por conveniencia tres clases de densidades.

a) Densidad real.- Es la verdadera densidad de los sólidos determinada por el desplazamiento de un gas tal como el helio, el cual no puede penetrar dentro de los poros más pequeños.

b) Densidad de la partícula.- Es la densidad determinada por el desplazamiento de un liquido tal como el mercurio, el cual no puede penetrar dentro de los poros mas pequeños.

c) Densidad de la masa.- Es el peso de los sólidos por unidad de volumen aparente.

La densidad real o densidad verdadera puede ser determinada utilizando el densitómetro de helio, sugerido por Franklin, para ello se introduce en el aparato una cantidad conocida de helio para determinar el volumen o espacio muerto; luego se coloca en el tubo una cantidad pesada de polvo; los gases absorbidos son eliminados del polvo y el helio que no es absorbido por el material, es introducido nuevamente. La presión es leída con un manómetro de mercurio y mediante la aplicación de las leyes de los gases se puede calcular el volumen de helio que llena el aparato vacío y el volumen de helio en presencia de la muestra de polvo, da el volumen ocupado por el polvo.

La densidad de la partícula o densidad granular puede ser determinada por un método similar al de la determinación de la densidad de los sólidos por desplazamiento de líquidos. Para ello se emplea mercurio en vista de que este fluido llena los espacios vacíos pero no penetra en los poros internos de las partículas. El volumen de estas, juntamente con sus espacio intraparticulares da el volumen granular, y conociendo el peso del polvo se puede obtener fácilmente la densidad de las partículas.

Algunos materiales poseen tanto densidad aparente como verdadera, las cuales pueden ser muy distintas. Las densidades aparentes dependen del medio ambiente y las condiciones predominantes. Un material que tiene poros, por ejemplo, no parecerá tan denso cuando sea sumergido en un líquido si los poros están llenos con aire que si lo estuvieran con líquido. Los materiales granulares sueltos nunca parecerán tan densos antes de la compresión que después, debido a la eliminación de los espacios entre los granos. La densidad aparente cambia cuando las condiciones se alteran; la densidad verdadera es invariable.



3.3 Características Específicas

3.3.1 Porosidad

Se han hecho numerosos estudios para investigar los cambios que ocurren en los lechos de polvos. El procedimiento más simple es restringir la observación a los cambios de volumen observados en el lecho total o en secciones mensurables del mismo.

Para poder efectuar un estudio de esta naturaleza, es indispensable considerar el volumen de empaquetado de las partículas y en estos estudios el parámetro que se usa con mayor frecuencia es la porosidad del lecho, la cual se define como la relación entre el volumen aparente y el volumen real del empaquetamiento. El volumen aparente en este caso incluye todos los espacios no ocupados por el material sólido, esto es, los poros internos y los intersticios que presentan las partículas.

Matemáticamente la porosidad (e) puede expresarse de la siguiente manera:

e = Vb – Vp = 1 – Vp

---------- ----

Vb Vb

Donde:

e = porosidadVb = Volumen de la masa o volumen aparente.Vb = Volumen real (peso / densidad del sólido).

Los lechos de polvo cuyas partículas constituyen esferas de tamaño uniforme pueden asumir cualquiera de los dos ordenamientos de empaquetado ideal:

1. Cerrado o romboédrico,2. Abierto o flojo, es decir, empaquetado cúbico.

La porosidad teórica de un polvo consistente de esferas uniformes en el empaquetado cerrado es de 26%, mientras que en el abierto es de 48%.

El rango de porosidad de un polvo, es decir, la disminución de la porosidad de los empaquetados abiertos, obtenidos cuando las partículas son dejadas caer en forma de chorro fino dentro de un envase, a la forma densa alcanzada después de someter a vibración el envase durante un tiempo más o menos prolongado, generalmente,



no es tan grande como la diferencia entre los límites de porosidad para esferas iguales, ya que es frecuente encontrar una diferencia de aproximadamente 10% - 16% entre los dos límites.

Las diversas razones que explican esta diferencia relativamente pequeña en la porosidad de los empaquetados flojos y compactos, puede ser resumida en dos puntos principales:

- En primer lugar, los empaquetados más cerrados flojos de esferas iguales, constituyen ordenamientos geométricos de gran regularidad que normalmente no se obtienen a menos que las partículas sean cuidadosamente colocadas a mano o especialmente alimentadas en el envase.

Con partículas irregulares, especialmente cuando los tamaños de las mismas son muy variados, la estructura de los empaquetados flojos y compactos tiene muy poca similitud con los dos ordenamientos geométricos ideales. En todo ordenamiento habrá una fuerte tendencia de las partículas más pequeñas a llenar los intersticios dejados entre las más grandes, de modo que en cierta forma aún las estructuras más abiertas serían más similares a los empaquetados más apretados. Los empaquetados así obtenidos podrían ser mejorados ligeramente por medios mecánicos y la única disminución significativa de la porosidad que podría lograrse sería aquella ocasionada por la ruptura de los puentes formados en ciertos lugares por partículas mas grandes sobre cavidades en las capas inferiores.

Sin embargo, este razonamiento no es aplicable a los sistemas en los cuales las partículas tienen la forma de fibras delgadas, agujas o laminas. En éstos, la diferencia entre un empaquetado flojo y otro compacto puede ser muy grande, puesto que el segundo tiende a conseguir un ordenamiento en el cual prácticamente todas las partículas se encuentren dispuestas paralelamente y difícilmente dejarán espacios vacíos.

- En segundo lugar, otra razón que limita la relativa disminución de la porosidad de los lechos de empaquetado cerrado, se refiere a los polvos en los cuales cada partícula tiene una estructura abierta, esta porosidad inherente no es alterada cuando el polvo es envasado en forma cerrada; con tales polvos aún los límites de porosidad más bajos pueden dar cifras tan elevadas como 80% - 90%.

Neumann halló que cuando los polvos compuestos por partículas rígidas eran compactados o apretados bajo una presión de aproximadamente 5 Kg/cm2 (carbonato de calcio por ejemplo), la porosidad era mayor que en los polvos de empaquetado bien cerrado, obtenido mediante vibración o golpeo. Estos polvos mostraron propiedades dilatantes; es decir, mostraron una inesperada expansión más bien que contracción, bajo influencia de la presión. Sin embargo, en el caso de partículas esponjosas o blandas (por ejemplo caolín), se observó que las partículas eran deformadas por la compresión y la



porosidad fue menor que depuse del golpeo del polvo hasta lograr la condición de empaquetado cerrado.

Se pueden efectuar experimentos similares para determinar la condición óptima para el envasado de polvos en cápsulas en el proceso de fabricación industrial.

Higuchi y colaboradores han estudiado la influencia de las fuerzas de compresión sobre la superficie específica, densidad de los gránulos, porosidad, dureza y tiempo de desintegración de las tabletas. En la siguiente gráfica se muestra la relación entre la fuerza de compresión y el área superficial del sulfatiazol.

En la gráfica se observa que la superficie específica de un granulado de sulfatiazol, aumenta con la presión hasta un máximo de 2,500 psi, disminuyendo más allá de este punto. El incremento inicial en el área superficial puede ser atribuido a la formación de nuevas superficies a medida que el material cristalino primario es fragmentado. En cambio, la disminución de la superficie específica cuando se emplea presiones mayores a 2,500 psi se debe probablemente a una “soldadura de frío” entre las partículas individuales.

A continuación, se presenta la gráfica que muestra la relación entre la porosidad de una tableta de sulfatiazol en función del logaritmo de las fuerzas de compresión. La fuerza de 2,500 psi parece ser aproximadamente la máxima necesaria para la formación de tabletas aceptables, dando lugar a tabletas que tienen una porosidad de 2% a 10%.


Influencia de la fuerza de compresión sobre la superficie del sulfatiazol


Por último, la gráfica siguiente muestra el efecto de la fuerza compresional sobre la dureza de la tableta terminada.

4. Técnicas de análisis


Descenso de la porosidad de un comprimido de sulfatiazol cuando aumenta la fuerza de compresión

Efecto de la compresión sobre la dureza de un comprimido


Para analizar la granulometría de un sólido pulverulento es posible acudir al empleo de numerosas técnicas. Dado que el fundamento de estas técnicas es muy heterogéneo, resulta más adecuado utilizar, como criterios de clasificación, los intervalos de tamaños de partícula en los que son aplicables y el tamaño de la muestra que requieren (ver cuadro 2.8). A continuación se describen algunas de las técnicas de análisis granulométrico empleadas con mayor frecuencia.

CUADRO 2.8

Intervalos de tamaño de partícula en los que son aplicables las distintas técnicas de análisis y cantidad de muestra necesaria

TÉCNICA INTERVALO DE MEDIDA

(MICRAS)

CANTIDAD DE MUESTRA

(G)

TamizaciónTamices convencionales Tamices especialesSedimentación Por gravedad CentrífugaCoulterDifracción láser Difracción angular Correlación fotónicaMicroscopía Óptica Electrónica

>38>20

>2>0,5

0,4-1.200

0,5-9000,01-1

>1>0,01

5-100

1-50

<11-5

0,1

4.1 Técnicas físicas

4.1.1. Tamización

La tamización es la técnica de análisis granulométrico más antigua. Se basa en la utilización de tamices que actúan como barreras mecánicas al paso de partículas de determinados tamaños. La tamización también es un método adecuado para llevar a cabo la separación de partículas en función de su tamaño.

4.1.1.1. Tamices convencionales



Están constituidos por hilos entrecruzados de bronce, acero o nylon. Para la caracterización de un tamiz, es necesario definir tres parámetros: abertura de malla, anchura de malla y diámetro del hilo (figura 2.16). La abertura de malla es la distancia existente entre dos hilos contiguos del tamiz mientras que la anchura es la distancia entre los centros de dos hilos contiguos o, lo que es lo mismo, es la suma de la abertura de malla y el diámetro del hilo. El entrecruzamiento de los hilos da lugar a la formación de orificios que presentan forma cuadrada. Si se definen las dimensiones de una partícula irregular en las tres dimensiones del espacio (longitud, anchura y espesor), el diámetro equivalente de tamización en este tipo de tamices corresponde a la dimensión intermedia.

FIGURA 2.16. Dimensiones características de un tamiz de hilos entrecruzados.



El límite inferior de aplicación de la tamización, cuando se utiliza este tipo de tamices, se sitúa en torno a 38 micras, aunque, desde un punto de vista práctico, es algo superior, de orden de 75 micras.

Distintos organismos han propuesto colecciones de tamices con diferentes aberturas de malla que constituyen las llamadas “escalas de tamices”. Entre ellas, las más usuales son las establecidas por sociedades americanas (ASTM), alemanas (DIN), británicas (BS) o de ámbito internacional, como la ISO.

4.1.1.2. Tamices especiales

A diferencia de los anteriores, éstos se suelen obtener mediante procesos de fotograbado, lo que posibilita que los orificios presenten forma circular. Además, la variabilidad en el tamaño de estos orificios es de magnitud mucho menor que en el caso de los tamices convencionales. Mediante el empleo de estos tamices, que lógicamente resultan bastante más costosos que los convencionales, es posible reducir el límite inferior de aplicación a unas 20 micras.

Cuando se utiliza un solo tamiz, la técnica de tamización consiste en adicionar sobre el mismo una cantidad conocida de producto, agitarlo durante un tiempo determinado y, por último, determinar la cantidad de producto que ha atravesado el tamiz (fracción que se conoce con el nombre de “cernido”) y aquella que ha quedado retenida sobre él (rechazo). Si, como es habitual, se utiliza un conjunto de n tamices dispuestos en orden decreciente de aberturas de malla, se obtendrán n + 1 fracciones granulométricas. Esta disposición de los tamices recibe el nombre de montaje “en cascada” (figura 2.17), y el resultado es una distribución incremental en peso de las partículas que constituyen el sólido pulverulento. A cada una de estas fracciones se le asigna, como diámetro equivalente, la media aritmética de las aberturas de malla de los tamices entre los que quedó retenida.



Figura 2.17. Disposición de tamices en cascada

Para promover el paso de las partículas a través del tamiz se puede acudir al empleo de diferentes procedimientos.

4.1.1.3. Tamización manual

Es el método más simple. Consiste en someter el tamiz a movimientos suaves de vaivén acompañados de un movimiento progresivo de rotación. Se recomienda para la fase de desarrollo de un nuevo protocolo de análisis granulométrico por tamización, ya que permite la detección de algunos problemas, como los de adherencias de las partículas a los hilos del tamiz, formación de aglomerados de partículas, etc.

4.1.1.4. Tamización por vibración

Consiste en disponer el conjunto de tamices montados en cascada sobre una plataforma vibratoria (figura 2.18). En muchos de los equipos disponibles es posible ajustar la frecuencia y la amplitud de las vibraciones. Este aspecto es importante, ya que, de manera general, se puede afirmar que frecuencias elevadas y amplitudes pequeñas de vibración permiten evitar la rotura de las partículas de productos frágiles. En ciertas ocasiones, es necesario disponer el equipo en una cámara extractora de polvo para



evitar riesgos de inhalación del producto por parte de los operarios.

Figura 2.18. Representación esquemática de tamizadora vibratoria

4.1.1.5. Tamización por ultrasonidos

Básicamente, consta de una serie de tamices situados sobre una fuente emisora de ultrasonidos que provoca el movimiento de las partículas. Adicionalmente, los tamices experimentan un movimiento horizontal promovido por medios mecánicos. Esta modalidad se utiliza para análisis granulométricos de pequeñas cantidades de producto con tamaño de partícula reducido.



Figura 2.19. Tamiz por ultrasonidos

4.1.1.6. Tamización en corriente de aire (air-jet)

Es, con diferencia, la técnica más utilizada cuando se trata de determinar el tamaño de partículas de 50-75 micras e, incluso, en situaciones favorables, permite separaciones eficaces de partículas de 10-20 micras.

En la figura 2.20 se recoge el esquema de un tamizador air –jet. Al tamiz, situado en el cuerpo del equipo, llega una corriente de aire a presión a través de un brazo giratorio. De esta manera, las zonas del tamiz que se hallan en contacto con este brazo se limpian de las partículas que estuviesen obturando los hilos. Por otra parte, a través de un conducto que llega al cuerpo del equipo, se conecta una bomba de vacío, que generalmente es una aspiradora industrial. Así pues, al paso de las partículas se ve facilitado a través del doble mecanismo de presión-succión. Habitualmente, las partículas que pasan a través del tamiz son arrastradas por el aspirador y pueden ser recogidas sobre un filtro y pesadas. En otros casos, la determinación del peso del producto que ha atravesado el tamiz se lleva a cabo por diferencia de peso entre la cantidad de producto inicial y la cantidad de producto retenido sobre el tamiz.



Figura 2.20. Representación de un equipo de tamización en corriente de aire o air-jet.

4.1.1.7. Tamización húmeda

En esta modalidad se lleva a cabo la tamización de una suspensión de las partículas. Esta técnica es particularmente útil cuando el producto exhibe una acusada tendencia a la formación de aglomerados de partículas.

4.1.2 SEDIMENTACION:

Bajo esta denominación se incluye una serie de técnicas bastantes antiguas. No obstante, con el paso de los años, se ha ido introduciendo una serie de modificaciones dirigidas a facilitar y acortar la duración de los análisis, así como ampliar sus posibilidades de aplicación.

Así, si se extrae una muestra después de un tiempo definido, esta contendrá las partículas que habrán sedimentado desde la superficie de las suspensión hasta el nivel de la toma de la muestra en ese intervalo de tiempo, también tenemos que tener en cuenta la velocidad con la que las partículas van a sedimentar ya que esta depende de su tamaño, y la podemos precisar con la “LEY DE STOKES “



El principio queda bien, ilustrado por el método de laboratorio común de “decantación en tazón”.

La aplicaron de la ecuación de stokes en la micromeritica presenta una serie de limitaciones. En primer lugar , la ecuación de stokes asume que las partículas son esféricas , pero como ya sabemos las partículas suelen exhibir una serie de formas irregulares , por lo que en estas condiciones , es necesario hablar de un diámetro equivalente de sedimentación o de stokes que se define como el diámetro de una esfera , de igual densidad que la partícula , que se sedimenta a la misma velocidad que esta , por otra parte la ecuación de stokes no tiene en cuenta la existencia de interacciones entre las partículas , interacciones que , ejercen una gran influencia en el comportamiento de las partículas . Estas limitaciones se pueden evitar eficazmente si se utilizan suspensiones con una pequeña proporción de los sólidos. En concreto se recomienda no exceder concentraciones del 1-2 %. La tercera limitación proviene de que se asume que la sedimentación de las partículas tiene lugar en condiciones de flujo laminar. Para que se cumpla este requisito, el número de Reynolds (Re) debe ser inferior a 0.2, ya que en caso contrario, el régimen de circulación pasaría a ser turbulento. A la vista de la ecuación de Stokes, parece claro que la manera más simple de minimizar este problema consiste en seleccionar cuidadosamente la densidad y viscosidad del liquido utilizado para preparar la suspensión.

Por ultimo también es importante señalar, como fuete potencial de error, las diferencias de temperatura en distintos puntos de la suspensión. Cuando existen, actúan modificando el valor de la viscosidad del líquido y provocando el movimiento del fluido por convección. Este efecto es tanto más acusado cuanto menor es la viscosidad del líquido.

Los métodos basados en la medida de la velocidad de sedimentación de las partículas se pueden clasificar de acuerdo de acuerdo con


( )h

gdV ls

18

2 ρρ −=

aguaelparamNs

mNsfluidodelidadVis

mNsfluidodelDensidadD

mKgparticulaladeDensidadD

msengravedadlaadebidanAceleraciog

mparticulaladeDiametrod

msenparticulaladealtervelocidadv

f

s

2

2

2

3

2

001.0(

)(cos

)(

)(

)(

min1

−

−

−

−

−

×=×=

×=

×=

===

−

ηη


deferentes criterios. Así, en algunos de ellos las partículas sedimentan exclusivamente por la fuerza de gravedad en tanto que , en otros , el proceso de sedimentación se encuentra acelerado al someter a las partículas a la acción de una fuerza centrifuga .

Con el primero, es posible determinar tamaños de partícula de hasta unos 2 micras, mientras que con el empleo de los de sedimentación centrifuga el limite se reduce hasta aproximadamente 0.5 micras.

Otra clasificación de los equipos de sedimentación se basa en el tipo de información que suministran. Desde este punto de vista, se pude distinguir métodos incrementales (en los que se miden la concentración de partículas del sólido en una zona específica de la suspensión a distintos tiempos) acumulados (en los que se miden la cantidad total de producto sedimentado a distintos tiempos).

Finalmente si se tiene en cuenta el modo de preparación de las muestras, existen métodos en los que se parte de una suspensión homogénea de las partículas (homogéneos), mientras que en otros se coloca una finca capa de partículas en la parte superior de la columna de sedimentación (de “línea de salida”). Aunque el empleo de estos últimos, al tener que recorrer todas las partícula la misma altura, simplifica la interpretación de los análisis, en la practica se utiliza muy raramente, ya que resulta problemático reunir las condiciones necesarias para conseguir formar una “línea de salida” adecuada.

4.1.2.1 SEDIMENTACION POR GRAVEDAD:

Pipeta de Andreasen :

El equipo consta de un recipiente cilíndrico de unos 20cm de altura en cuyo interior se encuentra situada una pipeta. En la parte superior hay una llave de tres vías que permite la extracción de muestras de unos 10ml.

Habitualmente, se introducen en el recipiente unos 500-600 ml de una suspensión homogénea de las partículas y, a intervalos de tiempo preestablecidos, se retiran muestras al reservorio. Estas muestras se secan o centrifugan para determinar el peso del sólido en cada una de ellas. Los tiempos de muestreo se suelen ajustar a una progresión geométrica con un

factor 2 , debido a que, de esta manera, se obtiene una escala lineal de tamaño de partícula (hay que recordar que la velocidad de sedimentación es directamente proporcional al cuadrado del diámetro de las partículas.)

Por lo tanto, de acuerdo con los criterios ya dichos se trata de un método incremental y homogéneo.



Para representar el procedimiento que hay que seguir en la interpretación de los resultados, es conveniente considerar, inicialmente, un sólido ideal cuyas partículas tengan idéntico tamaño; es decir un sistema monodisperso. Si se toman mientras a diversos tiempos, es evidente que se debe obtener el mismo valor de concentración de partículas de sólido hasta que las situadas en la capa superior de la cámara de sedimentación sobrepasen el nivel correspondiente al extremo inferior de la pipeta. En este momento, la concentración de partículas en la muestra caerá bruscamente a cero. Si h es la altura de la columna de sedimentación y de la velocidad de sedimentación correspondiente a las partículas de tamaño d, el tiempo necesario (td) para que la concertación de partícula pase a ser cero vendrá dado por las siguiente ecuación :

En la practica no todas las partículas presentan el mismo tamaño, por lo que, cuando se extrae una muestra, las partículas existentes en la misma corresponderán a la mezcla de partículas de todos tamaños que no han completado su proceso de sedimentación; es decir, de todas aquellas cuyo tamaño sea inferior al que corresponde a cada tiempo de muestreo. Por lo tanto, la cantidad de sólido en cada muestra será representativa del porcentaje del peso sólido compuesto por partículas que tienen un tamaño inferior al calculado co la ecuación de stokes para tiempo t. DE esta manera, el resultado es una distribución acumulada en peso de partículas .

También hay que tener en cuenta que, a medida que se extraen muestras, disminuyen el valor de h , aspecto que es necesario considerar a la hora de efectuar los cálculos . Este hecho presenta la ventaja de que se acorta la duración de análisis, ya que, cada vez las partículas tendrán que sedimentar una altura menor.

Un inconveniente de esta técnica es que, cuando se retiran las muestras, no se extrae, como seria deseable, una capa horizontal del liquido a la altura del extremo inferior de la pipeta, si no que el liquido extraído corresponde a una porción esférica, lo que puede desvirtuar ligeramente los resultados.

Balanza de sedimentación :

Constan de una columna de sedimentación en la que se sitúa una suspensión homogénea d las partículas del sólido que se va a analizar. En su parte inferior se encuentra el platillo de una balanza sobre el que van a sedimentarse las


dd v

ht =


partículas de la suspensión. Se trata, por lo tanto , de un método acumulado homogéneo.

Para llevara a cavo el análisis de los resultados , es necesario tener en cuenta que el material depositado en el patillo de la balanza estará formada por todas aquellas partículas que , de acuerdo con la ecuación de stokes , presentan una velocidad de sedimentación tal que hayan recorrido las distancias h en el tiempo al que se ha efectuado la lectura ( cantidad representativa por Mt) junto con algunas partículas de menor tamaño que se han depositado por encontrarse en posiciones intermedias al iniciarse el análisis ; es decir , que han tenido que sedimentarse una altura menor de h .

En estas condiciones, la cantidad total de producto sedimentado sobre el platillo ¡de la balanza a tiempo t ( M) será :

Esta expresión representa que dM/nt que la cantidad de producto que sedimenta por unidad de tiempo que se pude estimar a partir de la pendiente de la relación M frente a t. Nótese que, aunque hayan sedimentado algunas partículas de tamaño inferior al que predice la ecuación de stokes para cada tiempote muestreo, estas siguen sedimentándose. En estas condiciones, la velocidad de sedimentación observada a cada tiempo constituye la base para determinar el factor de corrección necesario para una adecuada interpretación de resultados.

Por lo tanto, la distribución acumulada en peso correspondiente a las partículas de tamaño superior al establecido por la ley de stokes vendrá dada por la diferencia:

Equipos de sedimentación de detector de rayos x :

Como se menciono anteriormente uno de los problemas asociados al empleo de la pipeta de Andreasen, además de lo laborioso que resultan los análisis, es que la extracción de las muestras puede provocar


dt

dMtMM t +=

dt

dMtMM t −=


alteraciones en la suspensión de las partículas. El empleo de equipos que incorporan detectores de rayos x permite obviar estos inconvenientes. En ellos, la absorbancia de la capa de líquido es proporcional a la cantidad de partículas presentes en el punto de la cámara de sedimentación que atraviesa la radiación. La principal ventaja de los rayos x es su pequeña longitud de onda. A consecuencia de ello, la radiación no experimenta fenómeno de radiación al incidir sobre la partícula cuyo tamaño es netamente superior a la longitud de onda.

Además ,con su empleo es `posible reducir considerablemente la duración de los análisis ya que la fuente emisora de radiación y el detector se pueden desplazar progresivamente hacia arriba , acortando la altura de sedimentación para las partículas de menor tamaño.

El principal inconveniente de estos sistemas para el análisis de productos farmacéuticos tiene su origen en que la mayor parte de los productos orgánicos, con una baja capacidad de absorción de este tipo de radiaciones.

Metodo fotometrico :

Este método has ido adaptado para la determinación de frecuencia de tamaño de partículas por medio de una serie de lecturas efectuadas a intervalos de tiempo, mientras que la muestra sedimenta.

La lectura inicial (I0) de la energía luminosa , es tomada por la célula , conteniendo solamente el fluido de suspensión transparente interpuesta en el rayo de luz , y la prueba se inicia al dispersar uniformemente en el fluido una muestra de polvo . las lecturas de intensidad de la luz emergente ( Il) , son tomadas a intervalos de tiempo ( t) conocidos , mientras que el polvo se va sedimentando en la suspensión por influencia de la gravedad .La curva del logaritmo de Io/Il basado sobre el valor de Il tomado a varios tiempos , en función al diámetro de la partícula correspondiente , se observa una curva parecida a esta :

Si sobre esta curva se trazan regularmente y a intervalos de una unidad de tamaño de partículas ( 1 micra) , líneas perpendiculares al eje de las absisas para cortar la curva en puntos tales como “ a” y “b” , así como se ha demostrado que la distancia a´ y b´ es considerado proporcional al ara proyectada del material que cae dentro del rango de unidad de



tamaño dentro de rayo de luz es real, luego el área sombreada abb´a´ es proporcional al área proyectada del material multiplicada por el tamaño medio de la muestra , la cual es proporcional al peso del material dentro de la escala de unidad de tamaño . Sin embargo el área abcdb´a´ es la suma de todas las líneas perpendiculares y por lo tanto es proporcional a l peso total de la muestra.

4.1.2.2 SEDIMENTACION CENTRIFUGA:

El límite inferior de detección de los métodos de sedimentación por gravedad, como se indico previamente, se sitúa en torno a los 2 micras. El origen de esta limitación es que las partículas de tamaño inferior a lo indicado presentan velocidad de sedimentaciones similares a la velocidad de difusión aleatoria de las partículas.

Para reducir el valor de este límite inferior, es necesario incrementar la velocidad de sedimentación actuando sobre el valor de g. Allí, se someten la suspensión a la acción de una fuerza centrifuga, el valor de g debe sustituirse por la aceleración centrípeta w2r , donde w, la velocidad angular , y r la distancia existente entre la partícula y el eje de rotación .

La mayor parte de los equipos de sedimentación centrifuga se encuentra totalmente automatizados y disponen de una serie de sistemas cuya finalidad es minimizar los errores derivados de las desviaciones que experimenta el valor de r durante el proceso.

4.1.3 ELUTRIACION:

Es proceso mediante el cual, un polvo es dividido en fracciones dentro de una escala conocida, por medio de un líquido de fluido vertical hacia arriba y a través de una serie de vasijas cónico cilíndricos de diámetros sucesivamente mayor. Consecuencia de este ultimo, es que la velocidad del fluido emergente de cada vaso se hace progresivamente menor, permitiendo así que el material



llevado al siguiente vaso sea determinado por la velocidad del fluido emergente del vaso precedente, por lo tanto el material es fraccionado en muestras cuyo tamaño es correspondiente a la velocidad inicial en cada vasija, la cual es conocida.

La elutrianción se lleva a cabo hasta que no hay signos de que tenga lugar una clasificación adicional o hasta que la proporción en el cambio de los pesos de los productos es despreciable.

Esto implica el uso de mucho agua, complicando la dilución de la fracción fina, pero se ha demostrado que esto no es tan serio como en la decantación en tazón. Considerar una columna de separación de profundidad h, separando material a un tamaño de separación d. Si la velocidad ascendente del flujo de agua es v, entonces por la ley de stokes, v es proporcional a d2.

Las partículas más pequeñas que el tamaño de separación d se muestra hacia arriba dentro del flujo de agua a una velocidad que depende de su tamaño.

De este modo las partículas de tamaño d1, donde d1<d, se mueven hacia arriba en la columna de separación a una velocidad v1, donde v1, proporcional (d2-d21).

El tiempo necesario para un cambio de volumen completo en la columna de separación es h/v, y el tiempo necesario para que las partículas de tamaño d1 , se muevan desde el fondo hasta la parte superior de la columna de separación es h/v1.

Por consiguiente el numero de cambios de volumen que se requiere para eliminar todas las partículas de tamaño d1 de la columna de separación.

De este modo la elutriación parece más atractiva que la decantación y tiene ciertas ventajas prácticas en que los cambios de volumen no necesitan la atención del operador. Sin embargo, tiene la desventaja, de que la velocidad del fluido no es constante a través de la columna de separación, siendo un mínimo en las paredes de la comuna y un máximo en el centro. El tamaño de separación se calcula por el flujo de volúmenes medio, de manera


( ) 2121

2

2

1/1

1///

dddd

dvhvh

−=

−==


que algunas partículas gruesas están fuera del lugar en el derrame y algunas partículas finas están situadas fuera de lugar en la descarga de gruesos. De este modo las fracciones tienen un traslape o sobreposición considerable en el tamaño de la partícula y no se separan claramente. Aunque el método de decantación nunca alcanza el 100% de eficiencia en la separación, la falta de claridad en la división del las fracciones es mucho menor que la debida a la variación de la velocidad en la elutriación.

4.1.3.1 Elutriador Blythe.

Consiste en 6 tazones casi llenos con agua y conectados a una serie de sifones. Los tubos de separación de cada sifón tienen un aumento progresivo en la sección transversal del área interna del orden de la raíz cuadrada de 2 . Cada uno de los tazones es agitado mecánicamente y el agua fluye desde un tanque de altura constante a una velocidad fija a través del sistema.

El material de alimentación se lava en el primer tazón, donde se retienen las partículas más gruesas. Todas las partículas menores de tamaño determinado por la velocidad del agua en la columna de separación pasan a través del sifón al siguiente sifón al siguiente tazón, donde la velocidad en la columna de separaron correspondiente es solamente la mitad de la primera, de modo que las partículas finas se quedan en el tazón, mientras que el derrame pasa al otro tifón, hacia el siguiente tifón y así sucesivamente.

La elutriacion se limita al extremo mas grueso de la ley de stokes, pero las mayor parte de los materiales subscribas exhibe flujo laminar. En el extremo fino de la escala, las separaciones no son practicas a menos de 10 micras, ya que el material tiende a aglomerarse o se necesitan tiempos de separación extremadamente largos.

4.1.3.2 ELUTRIACION CON AIRE:

Este proporciona una separación mas rápida y mas clara que en los líquidos debido a la resistencia baja del aire a la caída de las partículas : también la aglomeración de las partículas es reducida .



Los tiempos de separación se reducen considerablemente utilizando la fuerza centrifuga. El separador Bahco es una combinación de elutriador de aire centrífugo.

La unidad de cicloclasificador consiste de cinco ciclones, arreglados en serie de tal manera que el derrame de una unidad es la alimentación de la siguiente.

Las unidades individuales están invertidas en relación con las disposiciones de los ciclones convencionales y en la cumbre de cada una, se sitúan una cámara de manera que la descarga quede efectivamente cerrada.

El agua se bombea através de las unidades a una velocidad controlada y antes de los ciclones se introduce una muestra pesado de sólidos.

La entrada tangencial dentro de los ciclones induce al liquido a girar, dando por resultado que una porción del liquido, se reporte a la abertura del extremo superior junto con las partículas de mas rápido asentamiento mientras que el resto del liquido, junto con las partículas de mas lento asentamiento m, se descarga a través del vértice de salida y hacia el siguiente ciclón de la serie. Existe una disminución sucesiva en el área de entrada y en el diámetro de vértice de salida de cada ciclón en la dirección de flujo, lo que a por resultado un aumento correspondiente en la velocidad de entrada y un incremento de las fuerzas centrifugas dentro del ciclón, que ocasionan una disminución sucesiva en el tamaño de reparación de partículas limite de los ciclones.

Un cicloclasificador se fabrica para tener tamaños de separación de límites definidos para valores estándar de las variables de operación, esto es, velocidad de flujo de agua, temperatura del agua, densidad de la partícula, y tiempo de elutriacion. Para corregir una operación practica a otros niveles de estas variables, se proporcionan un juego de graficas de corrección.



4.1.5 Método de Coulter

Aunque el contador Coulter fue inicialmente diseñado para el recuento de células sanguíneas, se ha adaptado para analizar la granulometría de sólidos pulverulentos cuyas partículas presentan tamaño comprendidos entre 0.4 y 1.200 micras.

El fundamento de este método, el principio Coulter, es muy sencillo y se esquematiza en la figura. Los elementos implicados son los siguientes: una suspensión homogénea de las partículas que se van a medir utilizando como fase dispersante un electrolito que, en general, es una disolución acuosa de cloruro de sodio al 0,9%; un tubo de vidrio que presenta un orificio de diámetro conocido ( en el marcador se encuentran disponibles tubos con orificios de dimensiones comprendidas entre 19 y 2.000 micras ), y 2 electrodos, uno situado en el inferior y otro en el exterior del tubo. Para la medida del tamaño de las partículas, se hace circular una corriente eléctrica entre los 2 electrodos.

Aplicando vacío se provoca la entrada de la suspensión a través del orificio, de manera que al pasar una partícula, este se obtura parcialmente, lo que provoca un incremento del parámetro resistencia eléctrica de la corriente que circula entre los 2 electrodos. Esta modificación en la resistencia eléctrica es transformada por el equipo en pulsos de voltaje, cuya amplitud esta relacionada con el volumen de las partículas. Por ultimo, un analizador amplifica y clasifica estos pulsos de voltaje.

Representación esquemática del método de coulter.



Por lo tanto, el sistema coulter proporciona información acerca del diámetro equivalente de volumen y suministra una distribución de tamaños en números.

La preparación de las muestras consiste en la obtención de una suspensión inicial con un contenido en sólido inferior al 1%, que posteriormente se diluye en la disolución del electrolito.

Si las partículas son hidrosolubles, lógicamente es necesario descartar como electrolito las disoluciones acuosas de cloruro de sodio. En estos casos, es posible acudir ala empleo de mezclas de tiocianato amonico o cloruro de litio al 5% en metanol, acetona o isopropanol. No obstante, antes de llevar a cabo los análisis, es necesario recalibrar el equipo.

Durante la realización de los análisis se puede producir algunos errores que distorsionan la distribución de tamaños de partículas. Los principales errores proviene del paso de2 o mas partículas consecutivas (coincidencia horizontal) o simultáneamente (coincidencia vertical) a través del orificio. En ambos casos, el pulso de voltaje originado e4s proporcionado al volumen del conjuntos de las partículas con lo que se sobreestima su tamaño. Los equipos actuales disponen de sistemas que cuantifican la forma de los pulsos de voltaje y rechazan, de manera automática aquellos que, por su forma pueden tener su origen en la existencia de fenómenos de coincidencia. En cualquier caso esta causa de error se puede disminuir utilizando suspensiones mas diluidas de las partículas



Coincidencia horizontal y vertical.

El camino seguido por las partículas al pasar a través del orificio también puede condicionar los resultados, ya que la forma de los pulsos de voltaje depende, a si mismo, de la posición por la que las partículas a traviesan el orificio. Normalmente, los equipos disponen de filtros electrónicos que rechazan los pulsos con formas desconocidas.

Influencia de la posición de paso de las partículas a través del orificio sobre la forma de los pulsos de voltaje en un equipo Coulter.

Por ultimo, las vibraciones, oscilaciones o interferencias, que producen pequeñas fluctuaciones en el voltaje, pueden confundirse con el paso de partículas de pequeñas tamaño del orificio a través del orificio.



4.1.6 Absorción

Los procesos en las superficies gobiernan muchos aspectos de la vida cotidiana, incluyendo la vida misma. Aunque se limite la atención a las superficies sólidas, la importancia de los procesos apenas se reduce. La viabilidad de una industria está determinada bien constructivamente, como en la catálisis, o bien destructivamente, como en la corrosión, por procesos que tienen lugar en las superficies sólidas. Por otra parte, en los sistemas biológicos, la transferencia de materiales hacia el interior y hacia el exterior de las células tiene lugar mediante adsorción sobre la membrana celular, penetración en la misma y desorción en la superficie opuesta de la membrana. Se llama adsorción al fenómeno de acumulación de partículas sobre una superficie. La sustancia que se adsorbe es el adsorbato y el material sobre el cual lo hace es el adsorbente. El proceso inverso de la adsorción es la desorción.

Las características principales de la adsorción son:

1º.- La adsorción es altamente selectiva. La cantidad adsorbida depende en gran medida de la naturaleza y del tratamiento previo al que se haya sometido a la superficie del adsorbente, así como de la naturaleza de la sustancia adsorbida. Al aumentar la superficie de adsorbente y la concentración de adsorbato, aumenta la cantidad adsorbida.

2º.- Es un proceso rápido cuya velocidad aumenta cuando aumenta la temperatura, pero desciende cuando aumenta la cantidad adsorbida.

3º.- Es un proceso espontáneo, es decir, que ð G es negativa, y en general está asociada con un aumento en el orden del adsorbato, lo que significa que ð S es negativa, por lo cual, y de acuerdo con la ecuación ð G = ð H - Tð S, es generalmente exotérmica, lo que quiere decir que ð H es negativo. El cambio en la entalpía cuando un mol de adsorbato es adsorbido por la cantidad apropiada del adsorbente se conoce como la entalpía de adsorción.

4º.- Dado que los procesos de adsorción son generalmente exotérmicos, al aumentar la temperatura disminuye la cantidad adsorbida.

Son muchos los tipos de adsorción existentes (sólido-gas, sólido-líquido, líquido-gas), pero esta práctica se ceñirá al estudio de la adsorción sólido-líquido. Los sólidos son capaces de adsorber uno



o más componentes de una mezcla líquida, o bien el soluto o el disolvente de una solución.

Atendiendo a las fuerzas de interacción entre las moléculas de adsorbente y adsorbato, se acepta la existencia de dos tipos fundamentales de adsorción. Cuando estas fuerzas son del tipo dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducido o fuerzas de dispersión, se usa el término de adsorción física o fisisorción. Cuando las fuerzas son enlaces covalentes se aplica el término de adsorción química o quimisorción.

La adsorción física está asociada con una entalpía de adsorción numéricamente inferior a -40 kJ mol-1, mientras que valores numéricamente mayores a -80 kJ mol-1 son característicos de la quimisorción. La entalpía de adsorción física es comparable a la entalpía de condensación, mientras que la entalpía de quimisorción es comparable a la entalpía de las reacciones químicas.

La adsorción física es la más frecuente, mientras que la quimisorción se manifiesta, únicamente, cuando el adsorbente y el adsorbato tienden a formar un compuesto.

En general, el proceso de adsorción física puede invertirse con facilidad; por el contrario, la quimisorción es difícil de revertir y generalmente tiene lugar con mayor lentitud que en el caso anterior.

La capa adsorbida en la adsorción física puede variar en espesor, desde una molécula a muchas moléculas, debido a que las fuerzas de Van der Waals se pueden extender desde una capa de moléculas a otras. En cambio, la quimisorción no puede, por sí misma, dar lugar a una capa de más de una molécula de espesor, debido a la especificidad del enlace entre el adsorbente y el adsorbato. Sin embargo, cabe que capas subsiguientes de varias moléculas puedan estar físicamente adsorbidas sobre la primera capa.

Algunas de las reacciones industriales más importantes comprenden la catálisis heterogénea - i .e., el uso de un catalizador presentado en una fase distinta a las especies reaccionantes, usualmente un catalizador sólido en contacto con una disolución gaseosa o líquida de los reactivos. Tal catálisis, superficial o heterogénea, se cree que se efectúa por adsorción química de los reactivos sobre la superficie del catalizador.



Los catalizadores de superficie se emplean en los convertidores catalíticos de los automóviles para convertir substancias que pueden ser contaminantes atmosféricos, por ejemplo CO y NO en substancias inocuas, por ejemplo CO2 y N2.

A temperatura constante, la cantidad adsorbida aumenta con la concentración adsorbato y la relación entre la cantidad adsorbida (x) y la concentración (C) de la disolución en el equilibrio, se conoce como isoterma de adsorción. Sólo a muy bajas concentraciones x es proporcional a C. Por regla general, la cantidad adsorbida se incrementa menos de lo que indicaría la proporcionalidad a la concentración, lo que se debe a la gradual saturación de la superficie y, en muchos casos, la isoterma se puede representar por una ecuación de la forma:

Siendo m la cantidad de sustancia adsorbente, K y n constantes para el sistema y temperatura dados. La constante n es, generalmente, menor que la unidad. Esta expresión se conoce como isoterma de adsorción de FREUNDLICH.

Si tomamos logaritmos, quedará:

Por lo tanto, al representar log x/m en función de log C dará una recta de pendiente igual a n y ordenada en el origen log K.

4.2 Técnicas microscópicas

Una de las ventajas más importantes de esta técnica es que proporciona una medida directa del tamaño de las partículas del sólido y no de alguna propiedad dependiente de este. Además, a microscopia posibilita la obtención de una información única acerca de la forma de las partículas, a posible formación de aglomerados, etc. Por esta razón, se recomienda observar siempre las partículas al microscopio aunque se aya seleccionado otra técnica para llevar acabo el análisis granulométrico



El tamaño de las partículas que es posible medir de técnicas microscópicas depende, fundamentalmente, del tipo del microscopio

utilizado. Así, la microscopia óptica permite la medida de partículas hasta una micra en tanto que la electrónica se reduce este límite hasta el rango coloidal (0,01 micras).

4.2.1 Microscopia óptica

Uno de los aspectos críticos a la hora de realizar los análisis es el que se requiere a la preparación de las muestras .Agrandes rasgos, consiste en preparar un a suspensión de las partículas de un vehiculo adecuado. Para la selección de la fase dispersante, debe tenerse en cuenta, lógicamente, que esta no disuelva las partículas y que presente un índice de refracción que facilite la visualización de las mismas.

Por otra parte, es necesario tener en cuenta que las partículas se situaran en su orientación mas estable; es decir, apoyadas sobre su plana mayor . Este aspecto resulta de gran importancia a la hora de comparar los resultados obtenidos por microscopia con los procedentes de otras técnicas de análisis granulométrico que, por su fundamento, proporcionan información independiente de la orientación de las partículas.

Los métodos disponibles se suelen clasificar en función de su nivel de autorización. Así, cabe distinguir tres grandes grupos:

o Técnica manual: Se utilizan microscopios dotados de un micrómetro que permite la determinación de los diámetros de feret o martín o, lo que es mas frecuente si se trata de partículas de forma irregular, el empleo de graticulos que clasifican las partículas en función del área proyectada .El principal inconveniente de los métodos manuales es que resulta muy laboriosos, incluso cuando el nuecero de partículas que se va medir es pequeño.

o Técnica semiautomática: Básicamente, consiste en el empleo de sistemas mecánicos, como prismas cruzados, iris variable, etc. que facilitan el recuento de las partículas. En la cualidad, su empleo se encuentra muy limitados como



consecuencia de la mayor accesibilidad a los métodos automáticos.

o Técnica automática: Estos sistemas constan a grandes rasgos, de un microscopio, similar a los utilizados a los métodos manuales, al que se le a incorporado una video cámara. Las imágenes registradas por la video cámara son digitalizadas y almacenadas en un ordenador cuyo sofward permite el posterior análisis y caracterización, no solo del tamaño de las partículas visualizadas si no también de su forma.

Esquema de un sistema informático de tratamiento de imágenes.

5.2.2 Microscopia electrónica

Hasta la introducción de los sistemas de difracción de luz láser, la microscopia electrónica constituida la única alternativa a la que se podía acudir para caracterizar el tamaño de las partículas situadas en el rango coloidal. Esta técnica utiliza una tecnología similar a la descrita anteriormente en los métodos automáticos para el tratamiento de imágenes sin lugar a duda el aspecto mas importante que hay que tener encuentra, una ves mas , el relativo a la preparación de las muestras.

Esta es totalmente a la utilizada en el caso de la microscopia óptica y consiste en aplicar sobre las partículas un afina capa metálica proceso que es conocido como metalización.



Los limites de utilización del microscopio electrónico oscilan entre 0.001y 10 micras. Para el análisis de grosor de partículas hay que disponer de una imagen fotográfica que, según el tamaño de partícula, puede ser amplificada ulteriormente.

4.3 Otras técnicas

4.3.1 Medición de partículas por difracción de luz láser:

Este grupo de técnicas ha experimentado en los últimos años un desarrollo espectacular como consecuencia de la utilización progresiva del láser como fuente luminosa y de la disponibilidad de ordenadores cada vez más potentes.

Son técnicas que presentan un fundamento complejo y, en muchas ocasiones, se utilizan como verdaderas “cajas negras”, sin que se conozca en profundidad su principio de operación. En buena medida, esta confusión procede de que, bajo esta denominación, se incluyen, al menos, dos tipos de técnicas con diferente fundamento:

Difracción angular de láser. Cuando se ilumina una partícula de pequeño tamaño, ésta dispersa la radiación en todas direcciones, si bien la intensidad de luz dispersa en las distintas direcciones o, lo que es lo mismo, a distintos ángulos, es función del tamaño y de la forma de la partícula. En este sentido, cuando menor sea la particula, mayor será el ángulo preferencial de dispersión luminosa.

La teoría que describe la distribución angular de la luz dispersa es la teoría de Mie, que, incluso en sus expresiones más complejas, presenta una serie de restricciones que limitan su aplicación. Así, únicamente es válida para partículas de formas regulares muy sencilla, en especial de forma esférica.

Habitualmente, los equipos están provistos de fuentes de láser He-Ne y detectores concéntricos. La preparación de la muestra consiste en suspender las partículas en agua o, menos frecuentemente, en corrientes de aire. Esta suspensión se hace circular a través de una cubeta sobre la que incide la



luz láser, de manera que la intensidad de luz dispersa a distintos ángulos será función del tamaño y de la forma de las partículas.

Influencia del tamaño de las partículas sobre el ángulo preferencial de dispersión de luz láser.

Mediante empleo de esta técnica es posible determinar el tamaño de partículas de 0.5 a 900 micras. La determinación de tamaños de partícula inferiores se encuentra dificultada porque provocarían una dispersión muy débil y a ángulos preferenciales muy grandes.

Otro aspecto de interés es que si la radiación, a su paso a través de la suspensión, encuentra más de una partícula, su perfil de dispersión se distorsiona, lo que da origen al fenómeno de dispersión múltiple, de interpretación aún más compleja. Por último, la mayor parte de los programas de



software de los equipos comercializados presupone que las partículas presentan forma esférica, por lo que en los resultados se mezclan, a veces de manera impredecible, tamaño y forma de las partículas, cuando, como es habitual, es producto analizado está compuesto por partículas irregulares.

Correlación fotónica. Esta técnica, a diferencia de la dispersión angular, resulta adecuada para medir partículas de tamaño muy pequeño (0.01-1 micras).

Como es bien conocido, las partículas en suspensión experimentan fluctuaciones que tienen su origen en el movimiento browniano, de manera que, cuanto menor sea el tamaño de éstas, mayores serán las fluctuaciones de luz dispersa. Por lo tanto, con esta técnica se determina el coeficiente de difusión de las partículas a través de las fluctuaciones de intensidad de luz en un ángulo fijo. Para ello, se hace incidir la luz láser sobre una suspensión de las partículas. En estas condiciones, y a diferencia de la técnica anterior en la que se miden las partículas individuales, estima el tamaño medio del conjunto de las partículas. No obstante, en la actualidad, existen equipos que, mediante cálculos complejos, permiten hacer una aproximación de la distribución de tamaños de las partículas.

4.3.2 Granulometría óptica

Es el proceso de medir los tamaños de grano diferentes en un material granular, basado en una fotografía.

La tecnología ha sido creada para analizar una fotografía y crear estadísticas sobre la base de lo que la fotografía representa. Esta información es vital en el mantenimiento de las máquinas en todo el mundo en diversas actividades.

Compañías de minería pueden utilizar la granulometría óptica para analizar rocas inactivas o en movimiento para cuantificar el tamaño de estos fragmentos.



Las empresas mineras han demostrado un mayor interés en estos tipos de sistemas debido a su capacidad para mantener la eficiencia en todo el proceso minero.

Las empresas están ahorrando millones de dólares anualmente debido a esta nueva tecnología, y están reduciendo los costos de mantenimiento en el equipo.

El software usa cuatro pasos básicos para determinar el tamaño medio de material:

Paso 1: Tomar una fotografía, una muestra del material que usted desea medir



Paso 2: Detección de bordes, completando un proceso de detección de bordes, el software puede determinar los distintos tamaños de material en la foto.

Paso 3: Malla Virtual-La relación longitud / anchura se mide en este paso del proceso. Los tamaños de las partículas

individuales se miden al instante.


http://74.125.67.132/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sample_Net.jpg&prev=/search?q=Other+Methods+to+Determine+Particle+Size&hl=es&sa=G&rurl=translate.google.com.pe&usg=ALkJrhhw2CWHLTZ0THSz5ZIDagvXxoNF6g

http://74.125.67.132/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Virtual_Sieve.jpg&prev=/search?q=Other+Methods+to+Determine+Particle+Size&hl=es&sa=G&rurl=translate.google.com.pe&usg=ALkJrhhXLTVuuMKhmjFDjHFm0AkBOuax_A


Paso 4: salida gráfica-En este paso, los datos estadísticos y la distribución de tamaño se representa en una sencilla forma de leer para los operadores. 5.4 Aplicaciones

4.4.1 Tamices para el tratamiento de agua y tamices moleculares

Si se parte del concepto de tamiz como filtro, podemos describir una amplísima cantidad de utilidades para este elemento. Por inicio, partimos de los tamices llamados analíticos, son especiales para las demandas de la granulometría, o sea, de la aplicación de tamices a mediciones milimétricas de tipo industrial. Se usan estos tamices en los casos de medir y tamizar arenas de fundición, detergentes en polvo, café, minerales, compuestos químicos, carbón, materiales de construcción y relleno, harinas, semillas, metales en polvo, fertilizantes artificiales, suelos.

Estos tamices están construidos en una sola pieza, estos tamices, a modo de base de cilindro cortado, se diseñan con un tejido sin ranuras para evitar la acumulación de suciedad en los puntos de cruce (sin soldaduras, sin residuos). Estos tamices reflejan los condicionamientos de normas ISO con un proceso de fabricación de alto rendimiento, tienen alta resistencia a la corrosión, y son fáciles de limpiar pues son de acero inoxidable hiperaleado. Dada la aplicación de estos tamices antes de su salida a mercado, son ampliamente probados, medidos ópticamente y expedidos con certificado de calibración. Similares a estos tamices son los utilizados en el tamizado de aguas.

Desde lo que podríamos llamar la industria digital, los tamices son una herramienta que permite facilitar la búsqueda de información en lo que tiene que ver con productos, insumos, servicios y actividades en general en lo que por ejemplo, la industria se refiere



pues existen portales de Internet que son verdaderos tamices a la hora de buscar información. Se conocen también como tamices clasificadores de información, aquellos filtros de spam que las páginas de Internet tienen activados. Tamices a la hora de encontrar virus, sean informáticos o bromatológicos, y tamices también para el pensamiento, a la hora de no dejar pasar pensamientos oscuros y negativos podrían incluso denominarse a algunas técnicas de meditación oriental que propician un bienestar a partir de lograr una benéfica armonía entre el pensamiento y el cuerpo.

Tamices para el tratamiento de agua

Los tamices aquí utilizados, en lo que se denomina proceso de desbaste para el pretratamiento de aguas, proceden a eliminar los sólidos grandes y disueltos en agua. En este caso los tamices de forma cilíndrica también, están insertos a modo de rodillo en la terminal de una parrilla de dimensiones variables según las necesidades, y por la que desciende el agua. También podemos describir los tamices para aire, con especial aplicación en máquinas extrusoras, pigmentadotas, vibradoras, cernidoras.



Estos tamices permiten el paso del aire limpio y exento de vapores de aceite y agua. Fabricados en cualquier forma y tamaño, estos tamices actúan mediante un filtro o malla de acero inoxidable y se colocan dentro de la máquina para limpiar el paso de fluidos, polvos y líquidos. Respecto de los denominados tamices electrónicos, que a los mismos efectos que los anteriores, se utilizan para tamizar en distintos procesos, están indicados en ensayos de pequeñas muestras, de tipo seco y por vía húmeda, son programables y tienen un sistema de fijación por distintas capas de tamices, para distintos tipos de polvo: grueso, fino y muy fino. Este tipo de tamices es el solicitado en tareas de laboratorio, principalmente.

Tamices moleculares

Siguiendo con tamices en lo que a instrumentación científica se refiere existen otros tamices específicamente de laboratorio que sirven para testear líquidos y soluciones diversas. Son los llamados ABS, certificados con normas ISO, y pueden fabricarse, tanto en acero inoxidable como en bronce. En lo que particularmente tiene que ver con la química física molecular, existen tamices que participan en el proceso de adsorción, son tamices moleculares.



El proceso de adsorción es uno de los procesos determinados para el proceso de endulzamiento del gas amargo, a través de estos tamices moleculares se extrae del gas lo que es el metil mercaptano y el etil, este proceso se incluye dentro de lo que se denomina separación de gases nobles por trampas frías o tamices moleculares, donde el carbón activado es el principal agente para eliminar las impurezas. La licuación de aire también a través de tamices moleculares, tiene específicamente aplicación por ejemplo, en la creación de la atmósfera artificial para buzos, para el tratamiento de enfermos asmáticos, en investigaciones de criogenia, en la utilización de fluidos refrigerantes para reactores nucleares, en conseguir el gas para los globos sondas y todo tipo de dispositivo aeronáutico que lo requiera, etcétera.

4.4.2 Absorción y acción de los fármacos

Tamaño de las partículas y la superficie influyen en la absorción de la droga y, posteriormente, la acción terapéutica. dissolutiondrug Superior de la disolución, más rápida será la absorción y por lo tanto, más rápida y mayor será la acción de las drogas.

4.4.3 La uniformidad de la dosis

Buenas propiedades de flujo de gránulos y polvos son importantes en la fabricación de comprimidos y cápsulas. weight La distribución de las partículas deben ser uniformes en términos de número y peso.


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29393946-micromeritica

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