Die Größe der Kleinsten

Sagt einer: »Alles fließt – nichts bleibt, wie es ist«, so denkt er selten an Zahnpasta, Salben oder Farben. Doch wie solche Produkte unseres Alltags fließen, interessiert deren Hersteller ungemein: So soll Wandfarbe dünnflüssig und leicht zu verarbeiten sein, aber nach dem Streichen auch an der Wand bleiben. Wie schnell zähflüssige bis pastöse Substanzen bei mechanischer Beanspruchung fließen, hängt sehr stark von den beigemengten Tixotropiermitteln ab: Je kleiner die Partikel der verwendeten Kieselsäuren und Kieselgele sind, desto stärker neigen sie dazu sich zusammenzuballen und desto zäher wird die Masse. Daher muss die Größe und Größenverteilung der Partikel bekannt sein und bei ihrer Herstellung überwacht werden. Sie optisch zu messen, scheitert jedoch oft daran, dass die Substanzen zu wenig transparent sind – werden sie verdünnt, verändern sich hingegen ihre Fließeigenschaften. Ein Ausweg, der ohne aufwendige Verdünnungsreihen auskommt, heißt 3-D-Kreuzkorrelationsspektroskopie.

Warum sich diese Messmethode besser als andere für unverdünnte Proben eignet, erläutert Dr. Lisa Aberle vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen: »Strahlt ein Laser durch eine wenig transparente Probe, so wird er an vielen Partikeln sehr oft gestreut und das Streulicht liefert im Extremfall keine Information mehr über die Größe der Partikel. Anders in unserem Gerät: Zwei Laserstrahlen durchdringen die Probe und überkreuzen sich in ihr. Sie werden gestreut und erzeugen auf der Detektorebene dahinter zwei Muster heller Lichtflecken. Die örtlichen und zeitlichen Schwankungen dieser Lichtmuster sind nicht identisch und indem wir sie elektronisch vergleichen oder korrelieren, lässt sich der Anteil der Mehrfachstreuung herausrechnen.«

Dies funktioniert selbst dann noch, wenn beispielsweise eine Kieselgelprobe zur Hälfte ihres Gewichts aus Partikeln besteht. Größen von wenigen Nanometern bis einigen Mikrometern Durchmesser können mit dem Gerät gemessen werden. Mit mehreren Messungen lässt sich beobachten, wie sich die Teilchen verändern, zusammenballen oder wie sie sedimentieren. Dies beantwortet Fragen nach der zeitlichen Stabilität von Produkten in vielen Gebieten der Pharmazie, Lebens-mittelindustrie, life science und Kosmetik. Das Messgerät ist ein serienreifer Prototyp und Dr. Aberle sucht nach industriellen Partnern, um es zu vermarkten.