Гранулометрия | |
---|---|
Основные понятия | |
Размер частиц · Размер зерна Распределение по размерам · Морфология | |
Методы и приемы | |
Ячеистая шкала · Оптическая гранулометрия. Ситовый анализ · Градация почвы. | |
Связанные понятия | |
Грануляция · Гранулированный материал Минеральная пыль · Распознавание образов Динамическое рассеяние света | |
Размер частиц является понятие введено для сравнения размеров из твердых частиц (крапинки), жидких частиц ( капелек ), или газообразные частицы ( пузырьки ). Понятие размера частиц относится к коллоидным частицам , частицы в экологии, частицы , присутствующие в гранулированном материале (будь то в воздухе или нет), а также частицы , которые образуют гранулированный материал (смотрите также размер зерна ).
Измерение размера частиц [ править ]
Существует несколько методов измерения размера частиц [1] и гранулометрического состава . Некоторые из них основаны на легкой , другой на УЗИ , [2] или электрического поля , или тяжести , или центрифугированием. Использование сит - распространенный метод измерения, однако этот процесс может быть более подвержен человеческим ошибкам и требует много времени. Такие технологии, как динамический анализ изображений (DIA), могут значительно упростить анализ распределения частиц по размерам. Этот подход можно увидеть в таких инструментах, как CAMSIZER от Retsch Technology или в серии инструментов Sympatec QICPIC. Им по-прежнему не хватает возможности встроенных измерений для мониторинга в реальном времени в производственных средах. Следовательно, внутренние устройства визуализации, такие как система SOPAT [3] , являются наиболее эффективными.
Алгоритмы машинного обучения используются для повышения эффективности измерения размера частиц. [4] [5] Это направление исследований может дать недорогой анализ размера частиц в реальном времени .
Во всех методах размер является косвенной мерой, полученной с помощью модели, которая абстрактным образом преобразует реальную форму частицы в простую и стандартизированную форму, такую как сфера (наиболее обычная) или кубоид (когда используется минимальная ограничивающая рамка ). ), где имеет смысл параметр размера (например, диаметр сферы). Исключение составляет подход математической морфологии , где гипотеза формы не требуется.
Еще одна проблема связана с определением размера частиц для ансамбля (коллекции) частиц. Реальные системы практически всегда полидисперсны , что означает, что частицы в ансамбле имеют разные размеры. Понятие гранулометрического состава отражает эту полидисперсность. Часто существует потребность в определенном среднем размере частиц для ансамбля частиц.
Выражения для размера сферы [ править ]
Размер частиц сферического объекта можно однозначно и количественно определить по его диаметру . Однако типичный материальный объект может иметь неправильную форму и несферическую форму. Вышеупомянутое количественное определение размера частиц не может применяться к несферическим частицам. Есть несколько способов распространить приведенное выше количественное определение на несферические частицы. Существующие определения основаны на замене данной частицы воображаемой сферой, которая имеет одно из свойств, идентичных частице.
- Размер частиц по объему
- Размер частиц на основе объема равен диаметру сферы, которая имеет тот же объем, что и данная частица. Обычно используется в ситовом анализе в качестве гипотезы формы ( размер ячейки сита как диаметр сферы).
- где
- : диаметр представительной сферы
- : объем частицы
- Размер частиц по площади
- Размер частицы на основе площади равен диаметру сферы, имеющей такую же площадь поверхности, как и данная частица. Обычно используется в методах оптической гранулометрии .
- где
- : диаметр представительной сферы
- : площадь поверхности частицы
Выражения косвенной меры [ править ]
В некоторых случаях размер (размер длины в выражении) не может быть получен, он может быть рассчитан только как функция других размеров и параметров. Иллюстрируем ниже основные случаи.
- Весовой (сфероидальный) размер частиц
- Размер частиц на основе веса равен диаметру сферы, которая имеет такой же вес, как и данная частица. Полезно в качестве гипотезы при центрифугировании и декантации или когда можно оценить количество частиц (для получения среднего веса частиц как веса образца, деленного на количество частиц в образце). Эта формула действительна только тогда, когда все частицы имеют одинаковую плотность.
- где
- : диаметр представительной сферы
- : вес частицы
- : плотность частицы
- : гравитационная постоянная
- Аэродинамический размер частиц
- Гидродинамический или аэродинамический размер частицы равен диаметру сферы, которая имеет тот же коэффициент сопротивления, что и данная частица.
- Другая сложность в определении размера частиц в текучей среде возникает для частиц размером менее микрометра . Когда частица становится такой маленькой, толщина межфазного слоя становится сопоставимой с размером частицы. В результате положение поверхности частицы становится неопределенным. Существует соглашение о размещении этой воображаемой поверхности в определенном месте, предложенное Гиббсом и представленное во многих книгах по интерфейсам и коллоидной науке . [6] [7] [8] [9] [10] [2]
Международные конвенции [ править ]
Существует международный стандарт представления различных характерных размеров частиц - ISO 9276 (Представление результатов анализа размера частиц). [11] Этот набор различных средних размеров включает средний размер , средний геометрический размер , средний размер . При выборе конкретных мелких частиц обычно используют стандарты ISO 565 и ISO 3310-1 для выбора размера ячеек .
Коллоидная частица [ править ]
В материаловедении и коллоидной химии термин коллоидная частица означает небольшое количество вещества, имеющее размер, типичный для коллоидов, и с четкой фазовой границей. Частицы дисперсной фазы имеют диаметр приблизительно от 1 до 1000 нанометров . Коллоиды по своей природе неоднородны. Невидимый невооруженным глазом, всегда движется зигзагообразно, известное как броуновское движение . Рассеяние света коллоидными частицами известно как эффект Тиндаля. [12]
См. Также [ править ]
- Динамическое рассеяние света
- Микромеритика
- Технология диспергирования
Ссылки [ править ]
- ^ Maaß, S .; Wollny, S .; Voigt, A .; Крауме, М. (01.02.2011). «Экспериментальное сравнение методов измерения распределения капель по размерам в жидких / жидких дисперсиях». Эксперименты с жидкостями . 50 (2): 259–269. Bibcode : 2011ExFl ... 50..259M . DOI : 10.1007 / s00348-010-0918-9 . ISSN 1432-1114 .
- ^ a b Духин, А.С. и Гетц, П.Дж. Определение характеристик жидкостей, нано- и микрочастиц и пористых тел с помощью ультразвука , Elsevier, 2017 ISBN 978-0-444-63908-0
- ^ «Мезоскопические зонды» . СОПАТ | Умный онлайн-анализ частиц . 2018-04-11 . Проверено 5 июня 2019 .
- ^ Хуссейн, Рубайя; Аликан Ноян, Мехмет; Woyessa, Getinet; Retamal Marín, Rodrigo R .; Антонио Мартинес, Педро; Mahdi, Faiz M .; Финацци, Виттория; Hazlehurst, Thomas A .; Хантер, Тимоти Н .; Колл, Томеу; Стинц, Майкл (12 февраля 2020 г.). «Сверхкомпактный анализатор размера частиц, использующий датчик изображения CMOS и машинное обучение» . Свет: наука и приложения . 9 (1): 21. DOI : 10.1038 / s41377-020-0255-6 . ISSN 2047-7538 .
- ^ Guardani, R; Насименто, Калифорния О; Онимару Р.С. (27.06.2002). «Использование нейронных сетей в анализе распределения частиц по размерам методом лазерной дифракции: тесты с различными системами частиц» . Порошковая технология . 126 (1): 42–50. DOI : 10.1016 / S0032-5910 (02) 00036-0 . ISSN 0032-5910 .
- ^ Lyklema, J. «Основы коллоидной химии», т.2, page.3.208, 1995
- ^ Хантер, RJ "Основы коллоидной науки", Oxford University Press, 1989
- ^ Духин, SS & Дерягин Б.В. "Электрокинетическое Явление", J.Willey и Sons, 1974
- Перейти ↑ Russel, WB, Saville, DA и Schowalter, WR «Коллоидные дисперсии», Cambridge University Press, 1989
- ^ Kruyt, HR «Коллоидная Science», Elsevier: Том 1, Необратимые системы (1952)
- ^ Стандарт ISO 9276 «Представление результатов анализа размера частиц». Обзоры с 1998 по 2015 гг.
- ^ Левин, Ира Н. (2001). Физическая химия (5-е изд.). Бостон: Макгроу-Хилл. п. 955. ISBN 0-07-231808-2.
8 Стандарт ISO 14644-1 Классификация чистоты частиц, переносимых по воздуху