Rozmiar cząsteczki - Particle size

Granulometria
Podstawowe koncepcje
Wielkość cząstek  · Wielkość ziarna Rozkład  wielkości · Morfologia
Metody i techniki
Skala siatki  · Granometria optyczna Analiza sitowa  · Gradacja gleby
Pojęcia pokrewne
Granulacja  · Materiał ziarnisty Pył mineralny  · Rozpoznawanie wzorców Dynamiczne rozpraszanie światła
v t mi

Wielkość cząstek jest pojęcie wprowadzono porównanie wymiarów o stałych cząstek (plamki), ciekłych cząstek ( kropelek ) lub gazowe cząstki ( pęcherzyki ). Pojęcie wielkości cząstek odnosi się do cząstek koloidalnych , cząstek w ekologii, cząstek obecnych w materiale ziarnistym (unoszonych w powietrzu lub nie) oraz cząstek, które tworzą materiał ziarnisty (patrz także wielkość ziarna ).

Pomiar wielkości cząstek

Istnieje kilka metod pomiaru wielkości cząstek i rozkładu wielkości cząstek . Niektóre z nich opierają się na świetle , inne na ultradźwiękach , polu elektrycznym , grawitacji lub wirowaniu . Stosowanie sit jest powszechną techniką pomiarową, jednak proces ten może być bardziej podatny na błędy ludzkie i jest czasochłonny. Technologia, taka jak dynamiczna analiza obrazu (DIA), może znacznie ułatwić analizę rozkładu wielkości cząstek. Takie podejście można zaobserwować w instrumentach takich jak CAMSIZER firmy Retsch Technology lub seria instrumentów Sympatec QICPIC. Nadal brakuje im możliwości pomiarów inline do monitorowania w czasie rzeczywistym w środowiskach produkcyjnych. Dlatego najbardziej wydajne są urządzenia do obrazowania inline, takie jak system SOPAT.

Algorytmy uczenia maszynowego służą do zwiększenia wydajności pomiaru wielkości cząstek. Ta linia badań może zapewnić niedrogą analizę wielkości cząstek w czasie rzeczywistym .

We wszystkich metodach rozmiar jest miarą pośrednią, uzyskaną przez model, który w abstrakcyjny sposób przekształca rzeczywisty kształt cząstki w prosty i znormalizowany kształt, taki jak kula (najczęściej) lub prostopadłościan (gdy stosuje się minimalną ramkę ograniczającą ). ), gdzie parametr rozmiaru (np. średnica kuli) ma sens. Wyjątkiem jest podejście morfologii matematycznej , gdzie nie jest wymagana żadna hipoteza kształtu.

Kolejnym problemem jest określenie wielkości cząstek dla zbioru (zbioru) cząstek. Rzeczywiste systemy są praktycznie zawsze polidyspersyjne , co oznacza, że ​​cząsteczki w zespole mają różne rozmiary. Pojęcie rozkładu wielkości cząstek odzwierciedla tę polidyspersyjność. Często istnieje potrzeba określonej średniej wielkości cząstek dla zespołu cząstek.

Wyrażenia dotyczące rozmiaru kuli

Wielkość cząstek kulistego obiektu można jednoznacznie i ilościowo określić poprzez jego średnicę . Jednak typowy obiekt materialny może mieć nieregularny kształt i nie będzie kulisty. Powyższa ilościowa definicja wielkości cząstek nie może być stosowana do cząstek niesferycznych. Istnieje kilka sposobów rozszerzenia powyższej definicji ilościowej na cząstki niesferyczne. Istniejące definicje opierają się na zastąpieniu danej cząstki wyimaginowaną sferą, która ma jedną z właściwości identycznych z cząstką.

Wielkość cząstek oparta na objętości

Wielkość cząstek oparta na objętości jest równa średnicy kuli, która ma taką samą objętość jak dana cząstka. Zazwyczaj stosowana w analizie sitowej , jako hipoteza o kształcie ( rozmiar oczek sita jako średnica kuli).

${\ Displaystyle D = 2 {\ sqrt [{3}] {\ Frac {3 V} {4 \ pi}}}}$

gdzie

${\ Displaystyle D}$: średnica reprezentatywnej kuli

${\ Displaystyle V}$: objętość cząstek

Rozmiar cząstek w oparciu o obszar

Rozmiar cząstek w oparciu o obszar jest równy średnicy kuli, która ma taką samą powierzchnię jak dana cząstka. Zwykle stosowany w optycznych technikach granulometrii .

${\ Displaystyle D = {\ sqrt [{2}] {\ Frac {4A} {\ pi}}}}$

gdzie

${\ Displaystyle D}$: średnica reprezentatywnej kuli

${\ Displaystyle A}$: powierzchnia cząstki

Wyrażenia miar pośrednich

W niektórych miarach rozmiar ( wymiar długości w wyrażeniu) nie może być uzyskany, a jedynie obliczony jako funkcja innych wymiarów i parametrów. Ilustrując poniżej główne przypadki.

Wielkość cząstek w oparciu o wagę (sferoidalną)

Wielkość cząstek w oparciu o wagę jest równa średnicy kuli, która ma taką samą wagę jak dana cząstka. Przydatne jako hipoteza przy wirowaniu i dekantacji lub gdy można oszacować liczbę cząstek (aby uzyskać średnią masę cząstek jako masę próbki podzieloną przez liczbę cząstek w próbce). Ten wzór jest ważny tylko wtedy, gdy wszystkie cząstki mają tę samą gęstość.

${\ Displaystyle D = 2 {\ sqrt [{3}] {\ Frac {3 W} {4 \ pi DG}}}}$

gdzie

${\ Displaystyle D}$: średnica reprezentatywnej kuli

${\ Displaystyle W}$: waga cząstki

${\displaystyle d}$: gęstość cząstek

${\displaystyle g}$: stała grawitacyjna

Aerodynamiczny rozmiar cząstek

Wielkość cząstek hydrodynamicznych lub aerodynamicznych jest równa średnicy kuli, która ma taki sam współczynnik oporu jak dana cząstka.

Inna złożoność w określaniu wielkości cząstek w medium płynnym pojawia się w przypadku cząstek o wielkości poniżej mikrometra . Kiedy cząstka staje się tak mała, grubość warstwy pośredniej staje się porównywalna z rozmiarem cząstki. W rezultacie pozycja powierzchni cząstek staje się niepewna. Istnieje konwencja umieszczania tej wyimaginowanej powierzchni w określonej pozycji sugerowana przez Gibbsa i prezentowana w wielu książkach na temat interfejsów i nauki o koloidach .

Konwencje międzynarodowe

Istnieje międzynarodowa norma dotycząca przedstawiania różnych charakterystycznych wielkości cząstek, ISO 9276 (Przedstawienie wyników analizy wielkości cząstek). Ten zestaw różnych średnich rozmiarów obejmuje medianę wielkości , średnią geometryczną wielkość , średnią wielkość . W doborze określonych cząstek o małych rozmiarach powszechnie stosuje się normy ISO 565 i ISO 3310-1 do wyboru rozmiaru oczek .

Cząstka koloidalna

W materiałoznawstwie i chemii koloidalnej termin cząstka koloidalna dotyczy niewielkiej ilości materii o rozmiarach typowych dla koloidów i wyraźnej granicy faz. Cząstki fazy rozproszonej mają średnicę od około 1 do 1000 nanometrów . Koloidy mają charakter niejednorodny. Niewidoczny gołym okiem i zawsze porusza się ruchem zygzakowatym zwanym ruchem Browna . Rozpraszanie światła przez cząstki koloidalne jest znane jako efekt Tyndalla.

Zobacz też

• Dynamiczne rozpraszanie światła
• Mikromerytyka
• Technologia dyspersji

Bibliografia

8. Norma ISO 14644-1 Klasyfikacja Czystość cząstek unoszących się w powietrzu