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Was ist eine Emulsion?
Bei einer Emulsion handelt es sich um ein homogenes Gemisch zweier normalerweise nicht mischbaren Flüssigkeiten (z.B. Öl und Wasser). Dabei liegt ein fein verteiltes Gemisch zweier Flüssigkeiten vor, wobei die eine Flüssigkeit (z.B. Öl) kleine Tröpfchen bildet (disperse oder innere Phase) und die andere Flüssigkeit (z.B. Wasser) diverse Tröpfchen aufnimmt und schweben lässt (kontinuierliche oder äußere Phase). Das Vorhandensein von Tröpfchen erklärt auch das trübe, milchige Aussehen von Emulsionen. Bei Emulsionen aus Wasser und Öl kann sowohl das Öl (Öl-in-Wasser-Emulsion, O/W-Emulsion) als auch das Wasser (Wasser-in-Öl-Emulsion, W/O-Emulsion) die innere Phase bilden.
Da der hydrophile Charakter von Wasser und das lipophile Verhalten von Öl keine Neigungen zur Vermischung zeigen werden zur Herstellung und zur Stabilisierung einer Emulsion Emulgatoren (sog. Tenside) eingesetzt.
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Ermittlung des Phasenvolumenverhältnisses
Das Phasenvolumenverhältnis ist der Quotient aus dem Volumenanteil der inneren Phase zum Volumenanteil der äußeren Phase. In der Annahme, dass während einer Änderung des Phasenvolumenverhältnisses der mittlere Teilchendurchmesser der Tröpfchen der inneren Phase entspricht, kann über die Trübungsmessung auf das Phasenvolumenverhältnis geschlossen werden.
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Verschiedene Verfahren stehen hierbei zur Auswahl: |
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| 0°-Methode (Durchlichtmethode) | |
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| Das von der Sendereinheit emittierte Licht wird von den Tröpfchen der Emulsion teilweise diffus reflektiert (Lichtstreuung) bzw. absorbiert. Die von der Empfängereinheit gemessene Lichtmenge wird aber bei Zunahme der Tröpfchenanzahl (Anstieg des Phasenvolumenverhältnisses) reduziert. |
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| 90°-Methode (Seitwärtsstreumethode) | |
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| Auch bei dieser Methode wird Streulicht mit Hilfe der Tröpfchen erzeugt. Die Empfängereinheit ist hierbei unter 90° zur optischen Achse des Lichtbündels der Sendereinheit ausgerichtet. Eine Zunahme des Phasenvolumenverhältnisses führt zunächst zu einem Signalanstieg in der Empfängereinheit, bei zu starker Tröpfchenkonzentration kann sich der Effekt allerdings wieder umkehren. Als Grund hierfür ist die Mehrfachstreuung zu nennen, bei geringeren bis mittleren Konzentrationen hingegen liegt in erster Linie Einfachstreuung vor. |
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| 180°-Methode (Rückstreumethode) | |
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| Ähnlich der Seitwärtsstreumethode wird auch hier mittels Tröpfchen erzeugtes Streulicht zur Ermittlung des Phasenvolumenverhältnisses herangezogen. Ein Anstieg der Tröpfchenkonzentration führt zu einem Signalanstieg in der Sensorik. Diese Methode eignet sich für geringe bis mittlere Teilchenkonzentrationen. | |
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Ermittlung des Ölanteils einer O/W- bzw. W/O-Emulsion
Mineral- bzw. Pflanzenölbasierende Emulsionen können bei Verwendung von UV-Licht zur Fluoreszenz angeregt werden.
| 180°-Methode (Rückstreumethode) | |
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| Bei dieser Methode kommt ein Sensor zum Einsatz, der sowohl die UV-Sendereinheit als auch die Empfängereinheit für sichtbares Licht beherbergt. Dabei trifft das von der Sensorik emittierte UV-Licht bei einer O/W-Emulsion auf die Öltröpfchen (innere Phase) und bei einer W/O-Emulsion auf die äußere Phase (Ölträgerflüssigkeit) und wird von den Ölmolekülen in den sichtbaren Bereich konvertiert (Fluoreszenz). Dieses mittels Fluoreszenz erzeugte Licht wird in alle Richtungen emittiert und ein Teil dieses Lichtes trifft auch auf die Optik der Empfängereinheit. Ein Anstieg der Ölkonzentration bedeutet aber zunächst auch einen Anstieg des Empfängersignals, aber auch hier führt Mehrfachstreuung zu einer Effektumkehrung, d.h. das Signal nimmt bei weiterer Zunahme der Ölkonzentration wieder ab. |
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