Velikost delcev (zrnavost): definicija, porazdelitev in merjenje

• Velikost delcev (splošno) vsebuje splošne opredelitve pojma velikosti delcev.
• Velikost delcev (zrnavost) vsebuje posebne podatke o velikosti delcev tal, prahu, gramoza itd.
• Porazdelitev velikosti delcev

Pridobljeno s spletne strani "https://simple.wikipedia.org/w/index.php?title=Particle_size&oldid=4222405"

Definicija in osnovni pojmi

Velikost delcev (zrnavost) običajno pomeni linearni merski podatek, ki opisuje tipično dimenzijo posamezne delce ali skupine delcev. Ker so realni delci pogosto nepravilnih oblik, se uporablja več "ekvivalentnih" dimenzij, npr. ekvivalentni premer krogle (premer krogle z enakim volumnom), ekvivalentni hidrodinamični premer ipd. Pomembna razlika je med merjenjem na osnovi števila delcev, volumna (ali mase) in površine — iste delce lahko različno interpretiramo glede na izbrano mero.

Razredi in primeri (tla, agregati, prah)

• Tla: pogosto uporabljena klasifikacija (približno):
  • glina: < 0,002 mm (2 µm)
  • prst (silt): 0,002–0,063 mm
  • pesek: 0,063–2,0 mm
  • gramoz: > 2,0 mm
• Industrijski praški: običajno merimo v µm ali nm (npr. cement, keramika, farmacevtika). Zelo fina zrna imajo velik vpliv na reaktivnost in obnašanje suspenzij.
• Aerosoli: delci v zraku (npr. PM10, PM2.5) se običajno oceni glede na aerodinamični premer, ker vpliva na usedanje v dihalih.

Porazdelitev velikosti delcev

V večini praktičnih materialov je velikost delcev porazdeljena. Porazdelitev opisujemo kot:

• Diferencialna porazdelitev — delež delcev znotraj določenega razreda velikosti (npr. histogram).
• Kumulativna porazdelitev — delež delcev manjši ali enak določeni velikosti (npr. D10, D50, D90). D50 (mediana) pomeni, da je 50 % volumna (ali mase) delcev manjše ali enako tej velikosti.

Merjenje velikosti delcev — metode

Izbira metode je odvisna od velikostnega razpona, oblike delcev, koncentracije in zahtevanega merila (število, volumen, površina).

• Sito (sieving) — klasična metoda za grobe frakcije (približno nad 45 µm). Delci se separirajo preko niza sit s standardnimi odprtinami.
• Sedimentacija (higrometrične metode) — uporablja fiziko usedanja delcev v tekočini (Stokesov zakon). Primeri: hidrometrična, pipetna metoda — primerna za fin pesek, prst, glino (µm razpon).
• Laser difrakcija — meri vzorec na osnovi razpršitve svetlobe; hitro daje porazdelitev po volumnu in zajema širok razpon velikosti (nm do mm, odvisno od opreme).
• Dinamika svetlobnega sipanja (DLS) — primerna za nanoscale delce (nm); meri Brownovo gibanje in iz njega izračuna hidrodinamični premer.
• Elektronska in optična mikroskopija — neposredna vizualizacija in merjenje oblik in dimenzij; dobra za preverjanje oblike, aglomeratov in za verifikacijo drugih metod.
• Coulterjev števec (elektromagnetno merjenje volumna) — številčno in volumsko merjenje za disperzne sistem v tekočini.

Pri vseh metodah je pomembna priprava vzorca: razprševanje, odstranjevanje zračnih mehurčkov, preprečevanje aglomeracije (ultrazvočna obdelava, dispergenti) in ponovljivost vzorčenja.

Ključne veličine in izrazi

• D10, D50, D90: velikosti, pri katerih je 10 %, 50 % oziroma 90 % volumna (ali mase) delcev manjše ali enako tej vrednosti.
• Median (D50): pogosto uporabljena za primerjavo zrnavosti dveh vzorcev.
• Površina specifična (BET, m2/g): za zelo fine delce je pomembna površina, ki vpliva na reaktivnost, kemično aktivnost in adsorpcijske lastnosti.
• Agronomski in inženirski pojmi: prepustnost, kohezija, stabilnost tal, topnost in disperzibilnost v tekočinah so tesno povezani z velikostjo delcev.

Zakaj je velikost delcev pomembna

Velikost delcev vpliva na fizične in tehnološke lastnosti materialov, npr.:

• mehanične lastnosti tal in gradbenih materialov (npr. nosilnost, zbijanje),
• topnost in hitrost reakcij v kemiji in farmaciji,
• stabilnost suspenzij in emulzij,
• zdravstveni vplivi (vdihljivi delci v zraku),
• optika in barva praškov zaradi velikosti in razpršitve svetlobe.

Standardi in kakovost meritev

Obstaja več mednarodnih standardov in priporočil (npr. ISO, ASTM) za metode merjenja velikosti delcev, pripravo vzorcev in poročanje rezultatov. Pri primerjavi rezultatov je treba upoštevati, katera metoda in merilo (število, volumen, površina) je bilo uporabljeno.

Praktični nasveti

• Vedno navedite, ali je porazdelitev podana po volumnu, številu ali površini.
• Izberite metodo, primerna za pričakovani velikostni razpon in obliko delcev.
• Pred meritvijo se posvetujte z relevantnimi standardi in poskrbite za ustrezno reprezentativnost vzorca.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je velikost delcev (splošno)?

V: Na kaj se nanaša velikost delcev (velikost zrn)?

V: Kaj vključuje pojem porazdelitve velikosti delcev?

V: Kako lahko izmerimo velikost delcev?

V: Katere vrste materialov se običajno proučujejo glede na velikost delcev?

Išči po črki