Размер частицы

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
v т е

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).

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

где

{\ displaystyle D}

: диаметр представительной сферы

{\ displaystyle V}

: 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 .

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

где

{\ displaystyle D}

: диаметр представительной сферы

{\ displaystyle A}

: 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.

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

где

{\ displaystyle D}

: диаметр представительной сферы

{\ displaystyle W}

: вес частицы

{\ displaystyle d}

: плотность частицы

{\ displaystyle g}

: 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. Незаметен невооруженным глазом и всегда движется зигзагообразным движением, известным 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

[1] 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 .

[Dukhin-2] 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

[3] «Мезоскопические зонды» . СОПАТ | Умный онлайн-анализ частиц . 2018-04-11 . Проверено 5 июня 2019 .

[4] 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 .

[5] 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 .

[6] Lyklema, J. «Основы коллоидной химии», т.2, page.3.208, 1995

[7] Хантер, RJ "Основы коллоидной науки", Oxford University Press, 1989

[8] Духин, SS & Дерягин Б.В. "Электрокинетическое Явление", J.Willey и Sons, 1974

[9] Перейти ↑ Russel, WB, Saville, DA и Schowalter, WR «Коллоидные дисперсии», Cambridge University Press, 1989

[10] Kruyt, HR «Коллоидная Science», Elsevier: Том 1, Необратимые системы (1952)

[11] Стандарт ISO 9276 «Представление результатов анализа размера частиц». Обзоры с 1998 по 2015 гг.

[12] Левин, Ира Н. (2001). Физическая химия (5-е изд.). Бостон: Макгроу-Хилл. п. 955. ISBN 0-07-231808-2.

[1]