粒子サイズ

粒度分布測定
基本概念
粒子サイズ、粒度、粒度分布、形態
方法とテクニック
メッシュスケール、光学粒度測定、ふるい分析、土壌粒度分布
関連概念
造粒、粒状物質、鉱物粉塵、パターン認識、動的光散乱
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粒子サイズは、固体粒子 (斑点)、液体粒子 (液滴)、または気体粒子 (泡)の寸法を比較するために導入された概念です。粒子サイズの概念は、コロイド、生態系、粒状物質(空中浮遊の有無にかかわらず ) 内の粒子、および粒状物質を形成する粒子に適用されます (粒度も参照)。

^{粒子サイズ[1]}と粒度分布を測定する方法はいくつかあります。光に基づくものもあれば、超音波[2]や電場、重力、遠心分離に基づくもの^もあります。ふるいの使用は一般的な測定技術ですが、このプロセスは人為的エラーの影響を受けやすく、時間がかかります。動的画像分析(DIA)などの技術により、粒子サイズ分布分析がはるかに簡単になります。このアプローチは、Retsch TechnologyのCAMSIZERやSympatec QICPICシリーズの機器などの機器で見ることができます。これらの機器には、生産環境でリアルタイムに監視するためのインライン測定機能がまだありません。したがって、SOPAT ^[3]システムなどのインライン画像化デバイスが最も効率的です。

機械学習アルゴリズムは、粒子サイズ測定の性能を向上させるために使用されます。^{[4] [5]}この研究により、低コストでリアルタイムの粒子サイズ分析が可能になります。

すべての方法において、サイズは間接的な尺度であり、実際の粒子の形状を球（最も一般的）または直方体（最小境界ボックスが使用される場合）などの単純で標準化された形状に抽象的な方法で変換するモデルによって取得されます。この場合、サイズパラメーター（球の直径など）が意味を持ちます。例外は、形状仮説が必要ない 数学的形態学アプローチです。

粒子の集団（集合）の粒子サイズの定義には、別の問題があります。実際のシステムは実質的に常に多分散性であり、つまり集団内の粒子のサイズは異なります。粒子サイズ分布の概念は、この多分散性を反映しています。粒子の集団には、特定の平均粒子サイズが必要になることがよくあります。

球形の物体の粒子サイズは、その直径によって一義的かつ定量的に定義できます。しかし、典型的な物質は形が不規則で球形ではない傾向があります。上記の粒子サイズの定量的定義は、非球形の粒子には適用できません。上記の定量的定義を拡張して非球形の粒子に適用する方法はいくつかあります。既存の定義は、特定の粒子を、その粒子と同一の特性の 1 つを持つ仮想球に置き換えることに基づいています。

体積ベースの粒子サイズ

体積ベースの粒子サイズは、特定の粒子と同じ体積を持つ球の直径に等しくなります。通常、形状仮説（ふるいのメッシュサイズが球の直径）としてふるい分析で使用されます。

${\displaystyle D=2{\sqrt[{3}]{\frac {3V}{4\pi }}}}$

どこ

${\displaystyle D}$: 代表球の直径

${\displaystyle V}$: 粒子の体積

面積ベースの粒子サイズ

面積ベースの粒子サイズは、特定の粒子と同じ表面積を持つ球の直径に等しくなります。通常、光学粒度測定技術で使用されます。

${\displaystyle D={\sqrt[{2}]{\frac {4A}{\pi }}}}$

どこ

${\displaystyle D}$: 代表球の直径

${\displaystyle A}$: 粒子の表面積

いくつかの測定では、サイズ（式の長さの次元）を取得できず、他の次元とパラメータの関数としてのみ計算されます。以下に主なケースを示します。

重量基準（球状）粒子サイズ

重量ベースの粒子サイズは、特定の粒子と同じ重量を持つ球の直径に等しくなります。遠心分離やデカンテーションの仮説として、または粒子数を推定できる場合（サンプルの重量をサンプル内の粒子数で割って平均粒子重量を取得する）に役立ちます。この式は、すべての粒子の密度が同じである場合にのみ有効です。

${\displaystyle D=2{\sqrt[{3}]{\frac {3W}{4\pi dg}}}}$

どこ

${\displaystyle D}$: 代表球の直径

${\displaystyle W}$: 粒子の重量

${\displaystyle d}$: 粒子の密度

${\displaystyle g}$: 重力定数

空気力学的粒子サイズ

流体力学的または空気力学的粒子サイズは、特定の粒子と同じ抗力係数を持つ球体の直径に等しくなります。

流体媒体中の粒子サイズを定義する際のもう1つの複雑さは、1マイクロメートル未満の粒子の場合に現れます。粒子がそのくらい小さくなると、界面層の厚さが粒子サイズと同程度になります。その結果、粒子表面の位置は不確実になります。この仮想表面を特定の位置に配置するための慣例があり、ギブスによって提案され、界面科学とコロイド科学に関する多くの書籍で紹介されています。^{[6] [7] [8] [9] [10] [2]}

様々な特徴的な粒子サイズの表示に関する国際規格として、ISO 9276（粒子サイズ分析結果の表示）があります。^[11] この様々な平均サイズのセットには、中央値、幾何平均サイズ、平均サイズが含まれます。特定の小粒子を選択する際には、メッシュサイズの選択にISO 565とISO 3310-1を使用するのが一般的です。

材料科学およびコロイド化学において、コロイド粒子という用語は、コロイドに典型的なサイズを持ち、明確な相境界を持つ少量の物質を指す。分散相粒子の直径は約1〜1000ナノメートルである。コロイドは本質的に不均質であり、肉眼では見えず、常にブラウン運動と呼ばれるランダムなジグザグのような動きをしている。コロイド粒子による光の散乱はチンダル効果として知られている。^[12]

• 動的光散乱
• 粒度
• レーザー回折分析
• マイクロメリティクス
• 分散技術
• ザウター平均直径

8.ISO規格14644-1分類浮遊粒子清浄度