Размер на частиците: определение, видове и разпределение

Научете всичко за размер на частиците: определения, видове и разпределение. Приложения в почви, прахове, чакъл и методи на измерване — ясно и достъпно.

• Размер на частиците (общо) предоставя общи определения на понятието за размер на частиците.
• Размерът на частиците (размерът на зърната) предоставя специфични данни за размера на частиците на почви, прахове, чакъл и др.
• Разпределение на размера на частиците

Определение

Размер на частиците е физическа величина, която описва линейния размер на отделни частици в материал. Често се измерва като диаметър на еквивалентна сфера и се дава в единици като нанометри (nm), микрони/микрометри (µm) или милиметри (mm). Размерът на частиците влияе пряко върху свойства като специфична повърхност, реактивност, филтрация, проходност и оптични характеристики.

Видове и диапазони по размер

• Наночастици: обикновено < 100 nm. Имат голяма специфична повърхност и често показват квантови или повърхностно-зависими свойства.
• Колоидни частици: приблизително от 1 nm до 1 µm. В зависимост от средата, тези частици могат да останат суспендирани дълго време.
• Фини частици/прахове: от няколко µm до няколкостотин µm. Често срещани в прахови материали, фармацевтика, пигменти.
• Пясък и чакъл: обикновено в диапазона 0.05 mm – няколко мм. За почви има класични деления (виж по-долу).

За почвите често се използва следната класификация (примерно по USDA):

• Глина: < 0.002 mm (2 µm)
• Силт (silt): 0.002 – 0.05 mm (2 – 50 µm)
• Пясък: 0.05 – 2.0 mm
• Грунд/чакъл: > 2.0 mm

Разпределение на размера на частиците (Particle Size Distribution, PSD)

Разпределението на размера на частиците описва какъв дял от материала се състои от частици с определен размер. Двете основни форми на представяне са:

• Кумулативно разпределение: показва процента (или масовия дял), който е по-малък от даден диаметър (например D50 означава медиана: 50% от частиците са с размер < D50).
• Диференциално разпределение: показва процента (или масовия/обемния дял) в определени размерни интервали.

Често използвани статистически показатели:

• D10, D50, D90: диаметри, под които съответно 10%, 50% и 90% от частиците се намират.
• Средна стойност (mean), медиана, мода.
• Степен на полидисперсност: показва доколко разпределението е широко; при монодисперсни системи частиците са почти еднакви по размер, при полидисперсни — има широк набор от размери.

В практиката много естествени и промишлени прахове имат приблизително лог-нормално разпределение, особено когато процесите на раздробяване или агрегация са случайни.

Методи за измерване

Изборът на метод зависи от диапазона на размерите и от формата/свойствата на частиците:

• Сито/прохождане (sieve analysis): прост механичен метод за частици обикновено > 40 µm.
• Лазерна дифракция: подходяща за широк диапазон (от няколко сотни нанометра до милиметри); дава PSD на база разпределение на обема.
• Динамично светлинно разсейване (DLS): ефективен за наночастици и колоиди (показва хидродинамичен диаметър).
• Седиментация / хидрометър: базирано на скоростта на утаяване в течност; използва се за фини частици и почви.
• Микроскопия (оптична, електронна): директно изобразяване и измерване на форма и размер; добро за неправилни частици и анализ на формата.
• Coulter counter (електрическо противодаване): измерва дискретни частици при преминаване през капиляра; подходящ за суспензии и по-малки частици.
• BET анализ: измерва специфична повърхност, косвено свързана с размера при сферични частици.

Практическо значение и приложения

• Фармацевтика: размерът определя разтваряне, бионаличност и стабилност на таблетни смеси и суспензии.
• Катализатори и химия: по-малките частици предлагат по-голяма активна повърхност — по-висока активност.
• Материалознание и направа на композити: механични и оптични свойства зависят от размера и разпределението.
• Хидравличност и геотехника: дренаж, плътност и якост на почви зависят от гранулометричния състав.
• Въздушно замърсяване и здраве: частици с диаметър < 10 µm (PM10) или < 2.5 µm (PM2.5) проникват в дихателните пътища и могат да предизвикат здравословни проблеми.
• Пигменти и покрития: оптични свойства, разпределение на цветовете и покривност са зависими от размера на частиците.

Нормативи и стандарти

Има множество международни и национални стандарти (ISO, ASTM и др.), които описват методи за определяне на размер и представяне на резултатите. В областта на качеството на въздуха се използват специфични стандарти и гранични стойности за PM10 и PM2.5.

Практически съвети при работа с PSD

• Винаги посочвайте методологията (напр. лазерна дифракция, сито) — различните методи могат да дадат различни резултати за една и съща проба.
• Сравнявайте D50/D10/D90 вместо само средна стойност за по-пълна представа за разпределението.
• За нестабилни суспензии проверявайте агрегацията/дисперсията преди измерване (ултразвук, стабилизатори).

Въпроси и отговори

В: Какво представлява размерът на частиците (общо)?

В: За какво се отнася размерът на частиците (размерът на зърната)?

В: Какво се включва в понятието "разпределение на размера на частиците"?

В: Как може да се измери размерът на частиците?

В: Какви видове материали обикновено се изследват по отношение на размера на частиците?

Търсене по буква