Mastersizer 3000 vs Difluid Omni

El Mastersizer 3000 basa su funcionamiento en un principio físico fundamental conocido como Difracción Láser (también llamada Dispersión de Luz Estática). La Teoría de Mie (desarrollada por Gustav Mie en 1908) es el modelo matemático que permite al Mastersizer 3000 calcular el tamaño de las partículas con una precisión absoluta, especialmente cuando estas son muy pequeñas. A diferencia de modelos más simples, la Teoría de Mie no solo mira la "sombra" de la partícula, sino que entiende qué le pasa a la luz cuando la atraviesa.

En modelos antiguos (como la Aproximación de Fraunhofer), se asumía que la partícula era un disco negro opaco. La Teoría de Mie asume que la partícula es una esfera transparente o traslúcida.

Esto significa que la luz puede entrar en la partícula, refractarse (doblarse) y luego salir por el otro lado.
Al considerar esto, el equipo puede medir partículas por debajo de los 50 µm con mucha mayor exactitud.

Matemáticamente, la teoría resuelve las Ecuaciones de Maxwell para la interacción de ondas electromagnéticas con una esfera. Proporciona una solución exacta para la intensidad de la luz dispersada en cualquier ángulo, sin importar si la partícula es mucho más grande que la longitud de onda del láser o casi del mismo tamaño.

Teoría de Scattering de Mie: El principio clave es que cuando un haz de luz láser atraviesa una muestra de partículas (en este caso, café molido), las partículas dispersan la luz en una serie de ángulos.

Partículas grandes: Dispersan la luz en ángulos pequeños con una intensidad alta.
Partículas pequeñas (Finos): Dispersan la luz en ángulos grandes con una intensidad baja.

El equipo cuenta con una serie de detectores fotosensibles distribuidos en diferentes ángulos. Estos miden la intensidad de la luz dispersada. El resultado es un "patrón de difracción" único para cada distribución de molienda. A través de un software complejo, el Mastersizer 3000 utiliza la Teoría de Mie (que considera las propiedades ópticas como el Índice de Refracción y la Absorción del café) para transformar ese patrón de luz en datos de volumen.

Para que la ecuación de Mie funcione, el software del Mastersizer necesita dos datos del café:

1. Índice de Refracción (RI): Qué tanto se dobla la luz al entrar en el café.

2. Absorción (i o k): Qué tanta luz es absorbida por el pigmento oscuro del café mientras lo atraviesa.

Para el café tostado, se suele utilizar un Índice de Refracción de 1.47 - 1.53 y una Absorción de 0.1 o 1.0 (dependiendo de qué tan oscuro sea el tueste).

Difluid Omni y Omix: para medir la molienda (tamaño de partícula), ambos utilizan el mismo principio tecnológico fundamental, pero están diseñados para diferentes etapas de la cadena del café.

El Principio Físico: Imágenes 2D en el Espectro Infrarrojo Cercano (NIR)

Tanto el Omni como el Omix analizan la molienda mediante Análisis de Imagen por Infrarrojo Cercano (NIR). A diferencia de otros métodos ópticos que solo usan luz visible, esta tecnología permite:

Penetración: Identificar mejor la estructura de la partícula.
Filtrado de "Ruido": Eliminar interferencias como el "chaff" (cascarilla) o el polvo ambiental que podrían confundir a una cámara normal.
Cálculo Geométrico: El software analiza la silueta de cada partícula (como se explica más adelante con el principio del Diámetro de Feret) y genera una distribución estadística (D10, D50, D90).

2. Diferencias en la Implementación

Aunque el "cerebro" que mide las partículas es similar, el enfoque de cada equipo varía:

DiFluid Omni: Es el equipo especializado para baristas y tostadores que se enfocan en el resultado final. Combina en un solo dispositivo el análisis de color (Agtron) y el de molienda. Incluye una bandeja vibratoria que dispersa las partículas automáticamente para que la cámara las vea mejor.
DiFluid Omix (y Omix Plus): Es una estación de laboratorio mucho más completa. Mide la molienda de la misma forma, pero su objetivo principal es el café verde y el control de calidad total. Además de la molienda y el color, mide:

Humedad y Actividad de Agua (Aw).
Densidad real (no solo volumétrica).
Condiciones ambientales (presión, humedad, altitud).

El DiFluid Omni/Omix se basa en un principio físico mucho más directo y visual: el Análisis Dinámico de Imágenes (DIA, por sus siglas en inglés) asistido por Inteligencia Artificial.

1. Captura Óptica de Alta Resolución

En lugar de medir cómo se dobla la luz (difracción), el Omni/Omix utiliza una combinación de una fuente de luz y un sensor de imagen (básicamente una cámara de alta velocidad con un lente macro especializado).

La muestra se dispersa sobre una superficie o fluye ante el sensor.
El dispositivo toma capturas de las partículas individuales.

2. Segmentación y Umbralización (Thresholding)

Una vez capturada la imagen, el procesador interno debe separar qué es "partícula" y qué es "fondo".

Utiliza algoritmos para convertir la imagen en siluetas (binarización).

· Óptica Geométrica aplicada a Micro-objetos: Lo que el Omni/Omix hace es capturar la imagen de cada partícula de café molido. Al ser fragmentos irregulares, el software calcula el área proyectada de esa pequeña partícula para inferir su tamaño.

· Diámetro de Feret y Esfericidad: Como las partículas de café no son esferas perfectas (tienen formas irregulares, alargadas o planas), el Omni/Omix no puede simplemente medir un "radio". Utiliza el Diámetro de Feret:

· Mide la distancia entre dos líneas tangentes paralelas que encierran a la partícula (como un calibrador virtual).

· Luego, mediante modelos matemáticos, estima el volumen de esa partícula basándose en su área bidimensional.

Por qué los datos no coinciden exactamente (El factor "Forma")

Aquí está la clave de la comparación estadística:

El Mastersizer 3000 (Difracción) "ve" una esfera teórica que dispersa la luz de la misma forma que tu grano de café.
El Omni/Omix (Imagen) "ve" la silueta más larga o ancha del grano.

Si las partículas de café son muy alargadas, el Omni/Omix podría reportarlos como más grandes que el Mastersizer, simplemente porque está viendo la cara más ancha de la partícula, mientras que el láser promedia el volumen total.

En resumen:

El principio del Omni/Omix es la Fotometría Digital. Es como si el Mastersizer fuera un radar que deduce el tamaño por el eco (difracción), mientras que el Omni/Omix es un observador con un microscopio que cuenta y mide sombras.

Para la prueba se utilizó un café tostado en grano SantoDomingo® Gran Origen® Suardi® proveniente de la zona de Rancho Arriba en la provincia de San Jose de Ocoa en Republica Dominicana. Las mediciones con el Difluid Omni se hicieron en el laboratorio de Industrias Quantik. El café se molió en un molino Bunn G3 HD.

Los valores obtenidos por quintuplicado para el D50 son los siguientes:

Molienda	Mastersizer 3000 Dv50	Difluid Omni D50
FINO	235	342
FINO	234	278
FINO	236	273
FINO	241	379
FINO	233	373
MEDIO	874	784
MEDIO	883	657
MEDIO	872	587
MEDIO	904	696
MEDIO	869	648
GRUESO	1320	1037
GRUESO	1390	1132
GRUESO	1360	1197
GRUESO	1380	1478
GRUESO	1370	1228

El análisis comparativo entre el Mastersizer 3000 (Referencia Certificada) y el DiFluid Omni (Análisis por Imagen) revela que, aunque comparten la misma tendencia de medición, operan con niveles de precisión muy distintos.

1. Precisión y Repetibilidad (CV%)

El Coeficiente de Variación (%CV) nos indica qué tan consistente es cada equipo al medir la misma muestra varias veces.

Mastersizer 3000: Es excepcionalmente estable, con un CV entre 1.3% y 1.9%. Esto confirma su estatus de estándar de laboratorio; la variación es mínima entre repeticiones.
DiFluid Omni: Muestra una dispersión mucho mayor, con un CV entre 10.7% y 15.4%. Esto significa que el Omni es unas 7 u 8 veces menos preciso que el Mastersizer al repetir una medida.

2. Exactitud y Sesgo (Bias)

Al analizar los promedios, vemos que el Omni no lee los mismos valores absolutos que el láser:

En moliendas Finas: El Omni tiende a sobreestimar el tamaño (~329 µmu vs 236 µm del MS3000).
En moliendas Medias y Gruesas: El Omni tiende a subestimar el tamaño. Por ejemplo, en molienda media, reporta 674 µm mientras que el láser detecta 880 µm

3. Correlación Estadística

A pesar de la diferencia en precisión, existe una correlación lineal fuerte (R² = 0.9014). Esto indica que el Omni es capaz de seguir los cambios en el molino de manera proporcional al Mastersizer.

La ecuación para "traducir" una lectura del Omni a una equivalente del Mastersizer 3000 según los datos obtenidos es:

Valor estimado_MS3000 = (Difluid Omni – 99.47)/0.7739

Conclusiones Técnicas

Fiabilidad: Los datos del Mastersizer 3000 son los únicos válidos para investigación y desarrollo debido a su bajísima desviación estándar.
Uso del Omni: Es una herramienta excelente para control rápido en barismo o tostaduría para detectar si una molienda se desvió, pero no debe usarse para comparar resultados con otros laboratorios sin aplicar el factor de corrección.

Nivel (Dv50)	Instrumento	Promedio (μm)	Desviación Estándar	%CV (Precisión)
FINO	Mastersizer 3000	235.8	3.11	1.32%
	DiFluid Omni	329	50.85	15.46%
MEDIO	Mastersizer 3000	880.4	14.19	1.61%
	DiFluid Omni	674.4	72.66	10.77%
GRUESO	Mastersizer 3000	1364	27.02	1.98%
	DiFluid Omni	1214.4	164.49	13.55%

CONCLUSION:

Análisis de los Resultados:

Superioridad en Precisión: El Mastersizer 3000 mantiene un Coeficiente de Variación (%CV) por debajo del 2% en todos los rangos. En metrología, esto se considera una excelente repetibilidad. El DiFluid Omni, al superar el 10% de CV, muestra que su precisión es limitada para análisis de alta sensibilidad.
Comportamiento del Sesgo (Bias): * En el rango Fino, el Omni sobreestima el tamaño por un margen del 39%.

En el rango Medio, el Omni subestima el tamaño en un 23%.
Esta inconsistencia sugiere que el algoritmo de imagen del Omni tiene dificultades para linearizar la respuesta en todo el espectro de molienda.

Modelo de Regresión para Ajuste:

La regresión arroja la siguiente ecuación de ajuste para normalizar los datos del Omni:

Ecuación: Omni = 0.7739 * MS₃₀₀₀ + 99.47
Coeficiente de Determinación (R²): 0.9014

Este desglose confirma que, aunque el Omni es una herramienta de diagnóstico rápido muy valiosa, el Mastersizer 3000 permanece como la única fuente de datos con rigor de certificación para investigación y desarrollo.

BIBLIOGRAFIA

· IA Gemini de Google

· Sesión 2: Medición de tamaño con Difracción Láser

https://youtu.be/fmOO5YRi08E

· Sesión 6: Exploramos el software del Mastersizer 3000

https://youtu.be/9JGhP8ie_p8

· Webinar Iesmat | Conoce el Nuevo Mastersizer 3000+

https://youtu.be/8wZ9V7-q_Qk

· Laser diffraction particle size analyzer - Mastersizer 3000

https://youtu.be/C6TXLAhLU1s

· Tutorial Limpieza Mastersizer 3000+

https://youtu.be/hjUmGczG9z0