Размер частиц

Гранулометрия
Гранулометрия
Основные понятия
	Размер частиц , Размер зерна , Распределение по размерам , Морфология
Методы и техники
	Сетчатая шкала , Оптическая гранулометрия , Ситовой анализ , Градация почвы
Связанные понятия
	Грануляция , Гранулированный материал , Минеральная пыль , Распознавание образов , Динамическое рассеяние света
	v ; т ; и ;

Размер частиц — это понятие, введенное для сравнения размеров частиц твердых ( пятен ), жидких частиц ( капель ) или газообразных частиц ( пузырей ). Понятие размера частиц применимо к частицам в коллоидах , в экологии , в гранулированном материале (независимо от того, находится ли он в воздухе или нет), а также к частицам, которые образуют гранулированный материал (см. также Размер зерна ).

Измерение

Существует несколько методов измерения размера частиц. ^{[ 1 ]} и распределение частиц по размерам . Некоторые из них основаны на свете , другие на ультразвуке , ^{[ 2 ]} или электрическое поле , или гравитация , или центрифугирование . Использование сит является распространенным методом 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 оперативных измерений для мониторинга в реальном времени в производственных средах. Поэтому встроенные устройства обработки изображений, такие как SOPAT ^{[ 3 ]} системы наиболее эффективны.

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, например сферу (наиболее обычная) или кубоид (когда минимальная ограничивающая рамка используется ). ), где параметр размера (например, диаметр сферы) имеет смысл. Исключением является подход математической морфологии , при котором гипотеза формы не требуется.

Еще одной проблемой является определение размера ансамбля (набора) частиц. Реальные системы практически всегда полидисперсны , а это означает, что частицы в ансамбле имеют разные размеры. Понятие распределения частиц по размерам отражает эту полидисперсность. Часто существует потребность в определенном среднем размере частиц для ансамбля частиц.

Выражения для размера сферы

Размер частицы сферического объекта можно однозначно и количественно определить по его диаметру . Однако типичный материальный объект, скорее всего, будет иметь неправильную форму и несферическую форму. Приведенное выше количественное определение размера частиц не может быть применено к несферическим частицам. Есть несколько способов распространить приведенное выше количественное определение на несферические частицы. Существующие определения основаны на замене данной частицы воображаемой сферой , обладающей одним из свойств, тождественных частице.

Размер частиц по объему: Размер частицы, основанный на объеме, равен диаметру сферы, имеющей тот же объем, что и данная частица. Обычно используется в ситовом анализе в качестве гипотезы формы ( размер ячейки сита как диаметр сферы).

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

где

D

: диаметр репрезентативной сферы

V

: объем частицы

Размер частиц по площади: Размер частицы на основе площади равен диаметру сферы, имеющей ту же площадь поверхности , что и данная частица. Обычно используется в методах оптической гранулометрии .

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

где

D

: диаметр репрезентативной сферы

A

: площадь поверхности частицы

Выражения косвенной меры

В некоторых мерах размер ( размер длины в выражении) не может быть получен, а только вычисляется как функция других размеров и параметров. Ниже приведены иллюстрации основных случаев.

Размер частиц по весу (сфероидальный): Размер частицы на основе веса равен диаметру сферы, которая имеет тот же вес, что и данная частица. Полезно в качестве гипотезы при центрифугировании и декантации или когда можно оценить количество частиц (чтобы получить средний вес частиц как вес образца, разделенный на количество частиц в образце). Эта формула действительна только тогда, когда все частицы имеют одинаковую плотность.

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

где

D

: диаметр репрезентативной сферы

W

: вес частицы

d

: плотность частиц

g

: гравитационная постоянная

Аэродинамический размер частиц: Гидродинамический или аэродинамический размер частиц равен диаметру сферы, имеющей тот же коэффициент сопротивления, что и данная частица.; Другая сложность определения размера частиц в жидкой среде возникает для частиц размером менее микрометра . Когда частица становится настолько маленькой, толщина интерфейсного слоя становится сравнимой с размером частицы. В результате положение поверхности частицы становится неопределённым. Существует соглашение о размещении этой воображаемой поверхности в определенном положении, предложенное Гиббсом и представленное во многих книгах по интерфейсу и коллоидной науке . ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 2 ]}

Международные конвенции

Существует международный стандарт представления различных характерных размеров частиц ISO 9276 (Представление результатов анализа размера частиц). ^{[ 11 ]} Этот набор различных средних размеров включает медианный размер , средний геометрический размер , средний размер . При выборе конкретных частиц малого размера обычно используют ISO 565 и ISO 3310-1 для выбора размера ячеек .

Коллоидная частица

В материаловедении и коллоидной химии термин «коллоидная частица» относится к небольшому количеству вещества, имеющему типичный для коллоидов размер и с четкой фазовой границей. Частицы дисперсной фазы имеют диаметр примерно от 1 до 1000 нанометров . Коллоиды неоднородны по своей природе, невидимы невооруженным глазом и всегда движутся хаотическим зигзагообразным движением, известным как броуновское движение . Рассеяние света коллоидными частицами известно как эффект Тиндаля . ^{[ 12 ]}

См. также

Ссылки

^ Маас, С.; Волни, С.; Фойгт, А.; Крауме, М. (1 февраля 2011 г.). «Экспериментальное сравнение методов измерения распределения капель по размерам в дисперсиях жидкость/жидкость». Эксперименты с жидкостями . 50 (2): 259–269. Бибкод : 2011ExFl...50..259M . дои : 10.1007/s00348-010-0918-9 . ISSN 1432-1114 . S2CID 122702316 .
^ Jump up to: ^а ^б Духин А.С. и Гетц П.Дж. Характеристика жидкостей, нано- и микрочастиц и пористых тел с помощью ультразвука , Elsevier, 2017 ISBN 978-0-444-63908-0
^ «Мезоскопические зонды» . СОПАТ | Интеллектуальный онлайн-анализ частиц . 11 апреля 2018 г. Проверено 5 июня 2019 г.
^ Хусейн, Рубайя; Аликан Ноян, Мехмет; Войесса, Гетинет; Ретамал Марин, Родриго Р.; Антонио Мартинес, Педро; Махди, Фаиз М.; Финацци, Виттория; Хэзлхерст, Томас А.; Хантер, Тимоти Н.; Колл, Томеу; Стинц, Майкл (12 февраля 2020 г.). «Сверхкомпактный анализатор размера частиц, использующий КМОП-датчик изображения и машинное обучение» . Свет: наука и приложения . 9 (1): 21. Бибкод : 2020LSA.....9...21H . дои : 10.1038/s41377-020-0255-6 . ISSN 2047-7538 . ПМК 7016131 . ПМИД 32128161 .
^ Гуардани, Р; Насименто, Калифорния; Онимару, Р.С. (27 июня 2002 г.). «Использование нейронных сетей при анализе распределения частиц по размерам методом лазерной дифракции: тесты с различными системами частиц» . Порошковая технология . 126 (1): 42–50. дои : 10.1016/S0032-5910(02)00036-0 . ISSN 0032-5910 .
^ Ликлема, Дж. «Основы интерфейса и коллоидной науки», том 2, стр. 3.208, 1995 г.
^ Хантер, Р.Дж. «Основы коллоидной науки», Oxford University Press, 1989.
^ Духин, С.С. и Дерягин, Б.В. «Электрокинетические явления», J.Willey and Sons, 1974.
^ Рассел, В.Б., Сэвилл, Д.А. и Шовальтер, В.Р. «Коллоидные дисперсии», Cambridge University Press, 1989.
^ Круйт, HR «Коллоидная наука», Elsevier: Том 1, Необратимые системы, (1952)
^ Стандарт ISO 9276 «Представление результатов анализа размера частиц». Отзывы с 1998 по 2015 год.
^ Левин, Ира Н. (2001). Физическая химия (5-е изд.). Бостон: МакГроу-Хилл. п. 955. ИСБН 0-07-231808-2 .

8. Стандарт ISO 14644-1 Классификация чистоты частиц в воздухе.

[1] Маас, С.; Волни, С.; Фойгт, А.; Крауме, М. (1 февраля 2011 г.). «Экспериментальное сравнение методов измерения распределения капель по размерам в дисперсиях жидкость/жидкость». Эксперименты с жидкостями . 50 (2): 259–269. Бибкод : 2011ExFl...50..259M . дои : 10.1007/s00348-010-0918-9 . ISSN 1432-1114 . S2CID 122702316 .

[Dukhin-2] Jump up to: ^а ^б Духин А.С. и Гетц П.Дж. Характеристика жидкостей, нано- и микрочастиц и пористых тел с помощью ультразвука , Elsevier, 2017 ISBN 978-0-444-63908-0

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

[4] Хусейн, Рубайя; Аликан Ноян, Мехмет; Войесса, Гетинет; Ретамал Марин, Родриго Р.; Антонио Мартинес, Педро; Махди, Фаиз М.; Финацци, Виттория; Хэзлхерст, Томас А.; Хантер, Тимоти Н.; Колл, Томеу; Стинц, Майкл (12 февраля 2020 г.). «Сверхкомпактный анализатор размера частиц, использующий КМОП-датчик изображения и машинное обучение» . Свет: наука и приложения . 9 (1): 21. Бибкод : 2020LSA.....9...21H . дои : 10.1038/s41377-020-0255-6 . ISSN 2047-7538 . ПМК 7016131 . ПМИД 32128161 .

[5] Гуардани, Р; Насименто, Калифорния; Онимару, Р.С. (27 июня 2002 г.). «Использование нейронных сетей при анализе распределения частиц по размерам методом лазерной дифракции: тесты с различными системами частиц» . Порошковая технология . 126 (1): 42–50. дои : 10.1016/S0032-5910(02)00036-0 . ISSN 0032-5910 .

[6] Ликлема, Дж. «Основы интерфейса и коллоидной науки», том 2, стр. 3.208, 1995 г.

[7] Хантер, Р.Дж. «Основы коллоидной науки», Oxford University Press, 1989.

[8] Духин, С.С. и Дерягин, Б.В. «Электрокинетические явления», J.Willey and Sons, 1974.

[9] Рассел, В.Б., Сэвилл, Д.А. и Шовальтер, В.Р. «Коллоидные дисперсии», Cambridge University Press, 1989.

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

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

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

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]