Dalelių dydis: apibrėžimas, matavimo būdai ir pasiskirstymas

Sužinokite viską apie dalelių dydį: apibrėžimas, matavimo metodai ir pasiskirstymas (dirvožemis, milteliai, žvyras) su aiškiais pavyzdžiais ir praktinėmis gairėmis.

• Dalelių dydis (bendrasis) pateikiamos bendrosios dalelių dydžio sąvokos apibrėžtys.
• Dalelių dydis (grūdelių dydis) pateikia konkrečią informaciją apie dirvožemio, miltelių, žvyro ir kt. dalelių dydį.
• Dalelių dydžio pasiskirstymas

Kas yra dalelių dydis?

Dalelių dydis — tai dalelės geometrinis matmuo arba matmenų rinkinys, apibrėžiamas pagal pasirinkimą: ilgis, skersmuo, ekvivalentiškas apvaliam skersmeniui (angl. equivalent spherical diameter), Fereto skersmuo ir kt. Dėl netaisyklingos formos dažnai naudojamas ekvivalentiškas sferinis skersmuo, t. y. skersmuo, kurio turinti hipotetinė sfera turi tokį patį tūrį arba projekcijos plotą kaip tirtas daiktas.

Vienetai ir dydžių apimtys

Dalelių dydžiai dažniausiai išreiškiami milimetrais (mm), mikrometrais (µm) arba nanometrais (nm). Pavyzdžiai:

• Nanodalelės: <100 nm (pvz., nanotechnologijų dalelės).
• Colloidinės ir submikroninės: nuo ~1 nm iki ~1 µm.
• Mikrodalelės: 1 µm – 1000 µm (1 mm).
• Grūdelių ir žvyro dydžiai: milimetrai ir centimetrų skalė.

Grūdelių dydžio klasifikacija (pavyzdys dirvožemiams)

• Molio frakcija: < 0,002 mm
• Priemolio (silt) frakcija: 0,002 – 0,063 mm
• Smėlis: 0,063 – 2 mm
• Žvyras: > 2 mm

Šios ribos yra plačiai naudojamos geotechnikoje ir agronomijoje; kitose srityse (pvz., miltelių pramonėje) gali būti kitokios klasifikacijos.

Matavimo būdai

Dalelių dydis gali būti matuojamas įvairiais metodais. Kiekvienas metodas turi privalumų ir ribojimų — juos reikia pasirinkti pagal dalelių dydžių intervalą, koncentraciją, formą ir reikalaujamą tikslumą.

• Skrudintuvai (sietai) — paprastas mechaninis dalelių atrankymas pagal akyto tinklo angos dydį; tinkamas mm–µm intervalui. Standartiniai sietai atitinka ISO/ASTM reikalavimus.
• Sedimentacijos metodai (Stokso dėsnio pagrindu) — matuojamas nusėdimo greitis skystyje; dažnai naudojamas smulkaus smėlio, priemolio ir molio frakcijoms.
• Laserinė difrakcija — aptinka dalelių sklaidos kampus ir apskaičiuoja dydžių pasiskirstymą pagal minkštą ar Mie teoriją; tinka plataus dydžių diapazonui (nuo nm iki mm, priklausomai nuo prietaiso).
• Dinaminių šviesos sklaidos metodai (DLS) — skirtas labai smulkioms (nanometro) dalelėms; matuoja Browno judesio greitį ir iš to apskaičiuoja hidrodinaminį skersmenį.
• Elektroniniai ir optiniai mikroskopai (SEM, TEM, optinė mikroskopija) — leidžia tiesiogiai matyti formą ir dydį; ypač naudinga netaisyklingoms dalelėms. Vaizdų analizė pateikia skersmenis, formas ir morfologines savybes.
• Coulter counter (elektros praeinamumo skaičiavimo) — kiekviena per srautą praeinanti dalelė keičia elektros pasipriešinimą; matuojama tūrinė ar apimtine dalelių skaičiaus pasiskirstymas.
• Rentgeno mažo kampo sklaida (SAXS) ir difrakcija — naudinga labai smulkiems ir dalelių struktūras tiriantiems mėginiams.

Kaip pateikiamas dalelių dydžio pasiskirstymas

Dalelių dydžio pasiskirstymas (angl. particle size distribution, PSD) gali būti pateikiamas kaip:

• Diferencialinės histogramos — parodyta kiek dalelių (pagal skaičių, tūrį arba masę) yra kiekvienoje dydžių klasėje.
• Kumulatinės kreivės — procentas dalelių, mažesnių už tam tikrą dydį (pvz., 10 %, 50 %, 90 % reikšmės).

Dažni rodikliai: D10, D50 (mediana), D90. Pvz., D50 reiškia dydį, žemiau kurio yra 50 % dalelių pagal pasirinktą matavimo kriterijų (tūrį ar skaičių).

Skirtingos pasiskirstymo interpretacijos

Pasiskirstymai gali būti:

• Unimodalūs — vienas aiškus piko taškas.
• Bimodalūs ar multimodalūs — keli piko taškai, rodo mišinius arba skirtingo dydžio frakcijas.

Svarbu suprasti, ar PSD pateikta pagal skaičių, tūrį ar masę — tie patys mėginiai gali atrodyti labai skirtingai, kai naudojama skirtinga ašis.

Pritaikymas ir reikšmė

Dalelių dydis ir jo pasiskirstymas turi tiesioginę įtaką medžiagų savybėms ir procesams:

• Cheminė reakcija ir tirpumas: smulkesnės dalelės turi didesnį paviršiaus plotą ir dažnai reaguoja greičiau.
• Farmacija: tabletės tirpumo ir biologinio pasisavinimo kontrolė.
• Maisto produktai ir milteliai: įtakoja tekstūrą, maišymą, tirpimą ir laikymo savybes.
• Statyba ir geotechnika: dirvožemio tankis, pralaidumas, sutankinimas priklauso nuo frakcijų sudėties.
• Aplinkos mokslai: dalelių transportas ore, nusėdimas vandenyje, tarša.
• Pramoninis apdorojimas: srautumas, pakrovimo savybės, filtracija ir pan.

Standartai ir ataskaitų reikalavimai

Yra tarptautinių ir vietinių standartų, kurie apibrėžia metodo reikalavimus, ataskaitų formatą ir sietų specifikacijas (pvz., ISO ar ASTM standartai konkrečioms metodikoms). Ataskaitoje paprastai nurodomi matavimo metodas, dispersijos sąlygos (sausas/šlapias), D10/D50/D90 ir ar pateikta pagal skaičių ar tūrį.

Praktiniai pastabos ir klaidos šaltiniai

• Agglomeracija ir agregatai: smulkios dalelės gali susiklastyti į gumulėlius, kas pakeičia matavimo rezultatus; reikalinga tinkama dispergacija.
• Forma: netaisyklingos formos dalelės matuojamos kaip ekvivalentiškos sferos, todėl faktinė geometrija prarandama.
• Tankio skirtumai: matavimo metodai, grindžiami tūriu ar mase, priklauso nuo dalelių tankio; mišrių medžiagų analizėje tai svarbu.
• Mėginio paruošimas: džiovinimas, drėkinimas, ultragarso agitacija gali keisti rezultatą; svarbu dokumentuoti procedūras.

Santrauka

Dalelių dydis ir jo pasiskirstymas — esminis parametras daugelyje mokslo ir pramonės sričių. Tikslus matavimo metodo pasirinkimas, aiškus rezultatų pateikimas (D10, D50, D90, pagal masę/tūrį/skaičių) ir paruošimo procedūrų dokumentavimas užtikrina, kad duomenys būtų palyginami ir tinkami taikymui.

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra dalelių dydis (bendrai)?

K: Ką reiškia dalelių dydis (grūdelių dydis)?

K: Ką apima dalelių dydžio pasiskirstymo sąvoka?

K: Kaip galima išmatuoti dalelių dydžius?

K: Kokių rūšių medžiagos paprastai tiriamos atsižvelgiant į jų dalelių dydį?

Paieška pagal raidę