Jauheiden varautumismekanismit, mittaaminen ja varautumisen hallinta. Matti Murtomaa FT, Orion, Espoo, 19.8.2009



Samankaltaiset tiedostot
Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

ESA (Electrostatic Attraction) - Katsaus ongelmiin ja mahdollisuuksiin. Jaakko Paasi

Staattisen sähkön hallinta sairaalaympäristöissä. HT-sairaala -tutkimushankkeen loppuseminaari Hannu Salmela, Tapio Kalliohaka, VTT

Yleistä sähkömagnetismista SÄHKÖMAGNETISMI KÄSITEKARTTANA: Varaus. Coulombin voima Gaussin laki. Dipoli. Sähkökenttä. Poissonin yhtälö.

Varausta poistavien lattioiden mittausohje. 1. Tarkoitus. 2. Soveltamisalue. 3. Mittausmenetelmät MITTAUSOHJE (5)

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä

PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

Sähköstatiikka ja magnetismi Kondensaattorit ja kapasitanssi

TUTKIMUSRAPORTTI. Snickarboden AB, Dalvägen 4, AX Jomala, Åland

PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

Fysiikka 1. Kondensaattorit ja kapasitanssi. Antti Haarto

FY6 - Soveltavat tehtävät

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

ESD- seminaari. Viranomaisvaatimukset ja standardit räjähdysvaarallisten tilojen maadoituksille JYH

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

&()'#*#+)##'% +'##$,),#%'

a P en.pdf KOKEET;

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

Katsaus kehitystarpeisiin ja mahdollisuuksiin. STAHA Materiaalityöryhmä Hannu Salmela

Sähköstatiikasta muuta. - q. SISÄLTÖ Sähköinen dipoli Kondensaattori Sähköstaattisia laskentamenetelmiä

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys

Luku 23. Esitiedot Työ, konservatiivinen voima ja mekaaninen potentiaalienergia Sähkökenttä

Koesuunnitelma. Tuntemattoman kappaleen materiaalin määritys. Kon c3004 Kone ja rakennustekniikan laboratoriotyöt. Janne Mattila.

DEE Sähkötekniikan perusteet

Staattisen sähkön purkaus (ESD)

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

Pinces AC-virtapihti ampèremetriques pour courant AC

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Jatkuvatoiminen monitorointi vs. vuosittainen näytteenotto

Accu-Chek Compact- ja Accu-Chek Compact Plus -järjestelmien luotettavuus ja tarkkuus. Johdanto. Menetelmä

766320A SOVELTAVA SÄHKÖMAGNETIIKKA, ohjeita tenttiin ja muutamia teoriavinkkejä sekä pari esimerkkilaskua

Magneettikenttä ja sähkökenttä

Keski-Suomen fysiikkakilpailu

3D-tulostuksen kaasut. 3D-päivä, Vossi Group Oy.

TN T 3 / / SÄH Ä KÖAS A IOI O TA T Vi taniemen koulu

Potentiaali ja sähkökenttä: pistevaraus. kun asetetaan V( ) = 0

Muita tyyppejä. Bender Rengas Fokusoitu Pino (Stack) Mittaustekniikka

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla

VASTUSMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

PUOLIJOHTEISTA. Yleistä

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

FysA220/1 Hallin ilmiö

1 Johdanto Mikä tämä kurssi on Hieman taustaa Elektrodynamiikan perusrakenne Kirjallisuutta... 8

Pinces AC-virtapihdit ampèremetriques pour courant AC

DEE Aurinkosähkön perusteet

Räjähdysvaarallisessa tilassa käytettävät suojavaatteet

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

Testo 106 suojakotelolla Nopea mittari omavalvontaan.

Sähkömagneettinen induktio

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Sähkötekiikka muistiinpanot

Mittausprojekti 2017

TEKIJÄT: VEIJO PULKKANEN JA RITVA-LEENA JÄRVELÄ TARKASTAJA : ARI HÄMÄLÄINEN SÄHKÖSTATIIKKA

EVTEK/ Antti Piironen & Pekka Valtonen 1/6 TM01S/ Elektroniikan komponentit ja järjestelmät Laboraatiot, Syksy 2003

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

Fluke 170 -sarjan digitaaliset True-RMS-yleismittarit

Ilmanvirtauksen mittarit

RAIDETESTERIN KÄYTTÖOHJE

Mittaustekniikka (3 op)

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

Kosteusmittausten haasteet

15. Sulan metallin lämpötilan mittaus

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

Glukoosipikamittarit ja laadunvarmistus

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Todentaminen - tausta

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

2 Staattinen sähkökenttä Sähkövaraus ja Coulombin laki... 9

Aurinkolämpö. Tässä on tarkoitus kertoa aurinkolämmön asentamisesta ja aurinkolämmön talteen ottamiseen tarvittavista osista ja niiden toiminnasta.

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

Mittausepävarmuuden laskeminen

Sähköstatiikka ja magnetismi

2003 Eero Alkkiomäki (OH6GMT) 2009 Tiiti Kellomäki (OH3HNY)

Kosteusmittausyksiköt

Aineopintojen laboratoriotyöt 1. Veden ominaislämpökapasiteetti

Kontaminaatiot: hankalat rakenteet

Pinces AC/DC-virtapihti ampèremetriques pour courant AC

AKK-MOTORSPORT ry Katsastuksen käsikirja ISKUTILAVUUDEN MITTAAMINEN. 1. Tarkastuksen käyttö

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

Tietoa sähkökentästä tarvitaan useissa fysikaalisissa tilanteissa, esimerkiksi jos halutaan

Transkriptio:

Jauheiden varautumismekanismit, mittaaminen ja varautumisen hallinta Matti Murtomaa FT, Orion, Espoo, 19.8.2009

Esityksen sisältö Jauheiden varautuminen Varautumisen mittaamisen pääperiaatteita Esimerkkejä mittauksista Varautumisen hallinta

Jauheiden varautuminen Kun kaksi materiaalia tuodaan kontaktiin, varausta siirtyy eriste eriste eriste johde Maadoittaminen ei poista varautumista Varaus sähkökenttä sähköstaattiset voimat

Jauheiden varautuminen Varautumiseen vaikuttavia seikkoja materiaalit (pinta, johtavuus, triboelektrinen sarja) kontaktin kesto, pinta-ala, luonne ja energia kosteus, lämpötila epäpuhtaudet ym

Jauheiden varautuminen Erityisen hankala ilmiö lääketeollisuudessa: jauheet usein sähköisesti eristäviä yksittäisiä jauheita ja seoksia partikkelikoot vaihtelevat eri vaiheissa useita erityyppisiä prosessivaiheita kuiva atmosfääri rajoitettu lisäaineiden käyttö annosmäärien oltava oikein!!!

Jauheiden varautuminen (DPI) Kuivajauheinhalaattorit (DPI) oma lukunsa.. monikomponenttisysteemi jauheet, laiteen osat annostelun tarkkuus käyttäjäkohtaiset erot säilytys ja kuljetus ympäröivät olosuhteet

Jauheiden varautuminen (DPI) Varaus voi vaikuttaa: annostarkkuuteen mekaaniseen toimintaan lääke- ja kantaja-aineen erottumiseen lääkkeen kulkeutumiseen elimistössä

Varauksen mittaaminen Yleinen periaate kaikissa varausmittauksissa: 1. kerätään kenttäviivat 2. mitataan jännite 3. tunnetaan/lasketaan kapasitanssi 4. lasketaan varaus

Varauksen mittaaminen Vapaasta varatusta kappaleesta lähtee sähkökenttäviivoja joka suuntaan Q

Varauksen mittaaminen Sähkökenttäviivat kerätään johteeseen. Jos kaikki saadaan kiinni, yhtäsuuri mutta vastakkainen varaus löytyy kys. johteesta -Q Q

Varauksen mittaaminen Johteen potentiaali U muuttuu varauksen Q ja kapasitanssin C määräämän määrän: Q = C x V -Q Q

Varauksen mittaaminen 1. kerätään kenttäviivat 2. mitataan jännite 3. tunnetaan/lasketaan kapasitanssi 4. lasketaan varaus Käytännössä hankalin ja helpoiten virhettä aiheuttava vaihe Tyypillisin mittalaite: Faradayn kuppi paljon erilaisia tyyppejä (suljettuja, avoimia, suodattimella varustettuja, levymäisiä, sylinterimäisiä..) Tärkeitä ominaisuuksia geometria suuri resistanssi tunnettu kapasitanssi suojaus ulkopuolisia häiriöitä vastaan

Varauksen mittaaminen 1. kerätään kenttäviivat 2. mitataan jännite 3. tunnetaan/lasketaan kapasitanssi 4. lasketaan varaus Paras laite jännitteen mittaamiseen on elektrometri Voidaan käyttää myös sähkökenttämittaria tai kontaktitonta potentiaalimittaria mittari pitää olla oikeassa kohdassa, ettei kapasitanssi muutu kalibrointi!

Varauksen mittaaminen 1. kerätään kenttäviivat 2. mitataan jännite 3. tunnetaan/lasketaan kapasitanssi 4. lasketaan varaus Kapasitanssi voidaan mitata tarkoitukseen sopivalla mittarilla Yleensä johtimien kapasitanssi >> mittalaitteen kapasitanssi Pieni kapasitanssi = suuri jännitevaste

Varauksen mittaaminen 1. kerätään kenttäviivat 2. mitataan jännite 3. tunnetaan/lasketaan kapasitanssi 4. lasketaan varaus Elektrometriä käytettäessä voidaan valita Coulombs mode Sisäänrakennettu suuri kapasitanssi kapasitanssia ei tarvitse tuntea Tulos suoraan coulombeina

Varauksen mittaaminen Näytteen ottamisessa suuri virheriski! kontaktit (erityisesti hankaus) pitää minimoida ympäristön (ml. mittaaja) maadoitus toistettava rutiini mahdollisimman suuri tilavuus ja pieni kontaktipinta-ala mahdollinen varauksen purkautuminen otettava huomioon

Varauksen mittaaminen Varausta voidaan mitata myös epäsuorasti ilman näytteenottoa Sähkökenttämittaus varauksen absoluuttisen arvon määrittäminen hankalaa mittauspaikka pitää valita huolella ympäristö muokkaa sähkökenttää mittari muokkaa sähkökenttää hyvä menetelmä nopeaan kartoitukseen

Varauksen mittaaminen Online-mittaukset ovat tyypillisesti sähkökenttämittauksia Soveltuu mm. prosessin seuraamiseen Sähköstaattinen varautuminen on hyvin herkkä ilmiö pienet muutokset saatavat antaa suuren vasteen Myös sähkökenttämittareita voidaan kustomoida erilaiset induktioanturit

Esimerkki 1. jauheseos Laktoosi (~21 m) Glukoosi (~125 m) Molemmat varautuvat positiivisesti lasikontaktissa jauheet ovat triboelektrisessä sarjassa lasin yläpuolella Seos varautuu kuitenkin negatiivisesti!

neutralization powder in PIPE charging charged powder charge is measured [C] sample weighted [g] specific charge [C/g] FARADAY PAIL ELECTROMETER insulator measurement of net charge

15 10 Mitä täällä tapahtuu? Charge [ncg -1 ] 5 0-5 -10 0 20 40 60 80 100 Percentage of lactose in glucose [%]

Lisättiin pieni määrä (0.5 % - 3 %) laktoosia glukoosiin Varattiin liu uttamalla lasiputkessa Käytettiin hyvin pientä näytemäärää kerrallaan Adheesiota tarkkailtiin punnitsemalla ja mikroskoopilla

10 Specific charge of glucose + 3% lactose 8 6 Specific charge [nc/g] 4 2 0-2 -4-6 1.7 % 5.1 % 26 % 55 % -8-10 0 1 2 3 4 Transferred mass [g] 67 %

Laktoosi peittää lasipinnan Lasi/seos -kontaktit glukoosi/tarttunut laktoosi -kontaktit laktoosi on glukoosin yläpuolella triboelektrisessä sarjassa Muitakin johtopäätöksiä voidaan vetää

4 Specific charge of glucose + 3 % lactose Specific charge [nc/g] 2 0-2 -4-6 -8 ei varautumista 3.5 % peittoasteella 100 % glukoosi varautui 9 nc/g toiseen asteen käyrä puhtaaseen pintaan ekstrapoloituna antaa 8.8 nc/g 0 20 40 60 80 Covered pipe surface area [%]

Esimerkki 1. johtopäätöksiä Adheesio vaikuttaa voimakkaasti varautumiseen yksikomponenttisysteemi: varautuminen vähenee monikomponenttisysteemi: mitä tahansa voi tapahtua (määrä, merkki) Käytännössä adheesiota tapahtuu aina

Esim. 2. Analyyttinen työkalu? Varauksen siirtymiseen vaikuttavat uloimmat atomikerrokset Varautumiseen vaikuttaa pinnan elektronirakenne pinta-amorfisuuden määrittäminen sähköstaattisesti? Pinta-amorfisuus vaikuttaa formulaation toimintaan mutta on hyvin vaikea mitata

Esim. 2. Analyyttinen työkalu? Suspensiosta sumukuivattu laktoosi Pinta-amorfisuus 0% 0,8% määritetty IMC:llä partikkelit muuten lähes identtisiä Liu utettiin putkea pitkin Faradayn kuppiin pieniä määriä kerrallaan

70 60 Specific charge [nc/g] Adhered mass [%] 80 Specific charge [nc/g] 50 40 30 20 10 60 40 20 0 Adhered mass [%] 0 0 1 2 3 4 Transferred mass [g] -20 0,78 % amorfisen laktoosin ominaisvaraus ja tarttuneen jauheen osuus PP-putken läpi liu utetun jauheen kumulatiivisen määrän funktiona

70 Q = Q 0 + Q 1 *Exp(-m/m 0 ) Specific charge [nc/g] 60 50 40 30 20 10 0 Q 0 = 4.76±1.42 Q 1 = 54.78±2.11 Q(m=0) = 59.54 nc/g Q 0 = 4.67±0.83 Q 1 = 17.81±1.70 Q(m=0) = 22.48 nc/g 0 1 2 3 4 Cumulative transferred mass [g] Erilaisen amorfisen osuuden omaavien laktoosinäytteiden ominaisvaraus (neliö: 0.78 %, ympyrä: 0.6 %)

60 50 Specific charge [nc/g] 40 30 20 10 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Amorphicity [%] Laktoosin ominaisvaraus PP-putkessa amorfisuuden funktiona

Esim 3. Pintakontaminaatio Tavoite selvittää vaikuttavatko pesuainejäämät varautumiseen Menetelmä RST-putki, tavanomainen pesukäytäntö isoja EPS-rakeita varattiin adheesion välttämiseksi

-0,5-1,0 Specific charge of polystyrene Pienelläkin konsentraatiolla suuri vaikutus Specific charge [nc/g] -1,5-2,0-2,5-3,0-3,5-4,0-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Proset 25 concentration in tap water [ml/l] EPS-rakeiden ominaisvaraus pesuainekonsentraation funktiona

Varautumisen hallinta Kostutus, jos mahdollista Kontaktipintojen pinnoittaminen Kontaktipinta-alan minimoiminen Kontaktienergian minimoiminen Neutralisaattori jauheiden kohdalla ongelmallinen tabletointi, kapselointi, pakkaus oikean paikan valinta!

Neutralisointi Neutralisaattorin täytyy nähdä varaus neutralisaattori Varautuvia tabletteja

Kiitos mielenkiinnosta! Matti Murtomaa matti.murtomaa@utu.fi