Измерение частиц Что такое размер частиц и как он определяется?

Измерение частиц различными методами приводит к различным результатам, поскольку "размер" частиц может быть определен и измерен различными способами. Размер однозначно определен только для сферических частиц: Диаметр = размер частиц. Во всех возможных направлениях измерения получается один и тот же результат. Для несферических частиц результат измерения частиц зависит как от ориентации частиц в процессе измерения, так и от особенностей используемого метода. Поскольку результат измерения частиц зависит от того, как определяется "размер", часто возникает путаница в интерпретации результатов измерений.

Измерение частиц с помощью различных методов приводит к различным результатам, поскольку "размер" частиц можно интерпретировать совершенно по-разному: размер однозначно определяется только для сферических частиц (диаметр = размер частиц). Во всех возможных направлениях измерения получается один и тот же результат. Однако для несферических частиц результат измерения частиц зависит как от ориентации частиц в процессе измерения, так и от особенностей используемого метода. Поскольку результат измерения частиц зависит от того, как определяется "размер", часто возникает путаница в интерпретации результатов измерений.

Обладая обширным пониманием сильных и слабых сторон каждого метода, Microtrac предлагает непревзойденный ассортимент технологий для измерения частиц. Наши специалисты будут рады помочь найти правильное решение для вашего применения.

Анализаторе Microtrac для определения размера частиц

Microtrac предлагает широкий ассортимент инструментов для определения размера частиц

Обзор оборудования Свяжитесь с нами!

Измерение частиц с помощью ситового анализа

Например на рис. 1 показано измерение частиц двух объектов, кирпичей lego и мелющего шара, с помощью двух методов: ситового анализа и штангенциркуля. С помощью штангенциркуля измеряются различные размеры в зависимости от ориентации кирпича, в то время как мелющий шар всегда имеет один и тот же диаметр. Результат этого измерения частиц в любом случае такой: два объекта различаются по размеру. Анализ на ситах показывает, что оба объекта проходят через сито с отверстием 16 мм, в то время как они удерживаются ситом с размером сетки 14 мм. Таким образом, ситовый анализ характеризует обе частицы как одинаковые по размеру: они имеют одинаковый эквивалентный диаметр от 14 мм до 16 мм. Точнее сказать невозможно, потому что нет промежуточных сит.

В ситовом анализе, классическом и наиболее часто используемом методе измерения частиц, образец разделяется по размеру, а количество образца в каждой фракции определяется путем взвешивания. Поскольку частицы сталкиваются тканью сетки в различных ориентациях во время процесса рассева, они идеально проходят через любую сетку до тех пор, пока они не будут удерживаться отверстиями, меньшими, чем их наименьшая проекционная площадь. Таким образом, измерение частиц с помощью ситового анализа всегда включает в себя определенную предпочтительную ориентацию частиц, как правило, измерение ширины частиц.

Измерение частиц с помощью статического или динамического анализа изображений

Методы анализа изображений для измерения частиц предлагают ряд преимуществ. Проводится различие между измерением частиц с помощью динамического и статического анализа изображений. При статическом методе частицы находятся в состоянии покоя во время измерения (как в микроскопе); при динамическом анализе изображений движущиеся частицы анализируются либо в жидкости, либо в потоке воздуха, либо в свободном падении. При анализе изображений отдельных частиц измеряются как форма, так и размер. Например, диаметры Ферета могут быть указаны для описания различных размеров. Они определяются так же, как и с помощью штангенциркуля: путем измерения расстояния между параллельными касательными. Наибольшим расстоянием будет длина Ферета (x_{Fe max}), наименьшей - ширина Ферета (x_{Fe min}). Альтернативами могут быть размеры хорды (например, наименьший внутренний диаметр, x_cmin) или диаметр Мартина (биссектриса площади). Кроме того, диаметр круга равной площади может быть определен как размер проекции частицы. В зависимости от задачи для измерения частиц используется подходящее определение размера.

Измерение частиц - Динамический анализ изображения

К каталогу "Динамический анализ изображения"

Различные определения размера при анализе изображений. X_cmin(ширина частиц, красный), x_area (диаметр круга равной площади, зеленый) и x_Femax (длина частиц, синий). В зависимости от выбранного определения размера получается разный результат измерения (кумулятивные кривые справа)

X_{c min}

X_{c min} "Ширина"

X_area

X_area "Диаметр окружности с одинаковой площадью проекции"

x_{Fe max}

X_{Fe max} "Длина"

3D Измерение частиц с Технологией отслеживания

Во многих методах анализа изображений для измерения частиц каждая частица записывается только один раз в случайной ориентации. Особенно для частиц с определенной геометрией, такие как линзовидные или вытянутые (например, экструдаты), очень вероятно, что соответствующая проекция не будет захвачена во время измерения: например, вытянутые частицы, как правило, измеряются "слишком короткими" со случайной ориентацией. Чтобы оценить только идеальную проекцию во время измерения частиц, оказалось полезным записать частицу несколько раз, когда она проходит через зону измерения анализатора. Из последовательности с несколькими ориентациями для измерения частиц выбирается та, которая показывает идеальную ориентацию, например продольное удлинение в случае вытянутых частиц (рис. 3). Это также гарантирует, что проекция круглой частицы на самом деле представляет собой сферическую частицу, а не полусферу или линзу, которая имеет круглое поперечное сечение. На рис.3 показано измерение частиц с помощью технологии 3D-отслеживания экструдированных частиц.

Частицы экструдата вытянутой формы регистрируются в различных ориентациях с использованием технологии 3D-отслеживания. Проекции с максимальной длиной используются для измерения частиц

Измерение частиц с помощью лазерной дифракции

Существуют некоторые фундаментальные различия в измерении частиц с помощью лазерной дифракции по сравнению с анализом изображений. В то время как в методе анализа изображений каждая записанная частица представляет собой отдельное измерение и включается в общий результат, при анализ рассеянного света или дифракции - это так называемый метод измерения ансамбля. Это означает, что измеренный сигнал генерируется одновременно многими частицами разных размеров. Таким образом, это суперпозиция зависящих от угла интенсивностей рассеянного света, из которой должны быть рассчитаны вклады различных размеров частиц. Это делается либо с помощью теории Ми, для которой должен быть известен показатель преломления частиц, либо с помощью приближения Фраунгофера, которое, однако, полезно только для более крупных частиц. Измерение частиц с помощью лазерной дифракции не может отличить длину от ширины. Все данные о рассеянном свете относятся к сферической модели, это так называемые эквивалентные диаметры. Для несферических частиц это обычно приводит к более широкому распределению, чем при анализе изображений.

К каталогу "Лазерная Дифракция "

Измерение частиц с динамическим светорассеянием (ДСР)

Динамическое светорассеяние-это метод измерения частиц, который особенно подходит для анализа наночастиц. Материалы образцов включают суспензии и эмульсии, сухие образцы не могут быть проанализированы. Преимущество этого метода заключается в том, что измерение частиц может проводиться в очень широком диапазоне концентраций от нескольких частей на миллион до в идеале 40% по объему. Особенностью измерения частиц с динамическим светорассеянием является то, что определяется так называемый гидродинамический диаметр. Этот гидродинамический диаметр указывает на размер сферы, которая обладает теми же диффузионными свойствами в жидкости, что и реальная частица. Отсюда следует, что форма частиц здесь также не определяется. Более того, когда частица диффундирует в жидкости, движется не только сама частица, но и некоторые из окружающих молекул диспергирующей среды, что означает, что гидродинамический диаметр всегда немного больше, чем фактический диаметр частицы. При измерении частиц с динамическим рассеянием света определяется коэффициент диффузии и рассчитывается гидродинамический диаметр частиц с помощью уравнения Стокса-Эйнштейна.

Измерение частиц - Динамическое светорассеяние (ДСР)

К каталогу " Динамическое светорассеяние (ДСР)"

Сопоставимость измерений частиц с различными методами определения

Анализ изображений и ситовый анализ: очень хорошая сопоставимость, когда анализ изображений учитывает ширину частиц во время оценки изображения. 3D-анализ улучшает сопоставимость. Измерение частиц с помощью анализа изображений может полностью заменить рассев! Анализ изображений и лазерная дифракция: Хорошая сопоставимость. Лазерная дифракция часто показывает более широкие распределения, особенно для частиц сильно неправильной формы. Для анализа изображений следует использовать определение xarea. Ситовый анализ и лазерная дифракция: плохо сопоставимые, лазерная дифракция, как правило, дает больший результат. Лазерная дифракция и динамическое светорассеяние: хорошо сравнивается, для мелких частиц (< 100 нм) ДСР лучше, для крупных частиц (>1 мкм) лазерная дифракция лучше.

Microtrac MRB Продукты & Контакты

Microtrac предлагает широкий спектр инновационных анализаторов и технологий для измерения частиц. Наши специалисты знают сильные и слабые стороны каждого метода и будут рады помочь в поиске правильного решения для вашего применения.

К каталогу

Свяжитесь с нами!

Измерение частиц - Часто задаваемые вопросы

Каков наилучший метод измерения частиц?

Не существует ни одного самого лучшего метод измерения частиц. Выбор зависит от размера частиц и свойств материала. Мелкие частицы лучше всего измерять с помощью методов лазерной дифракции или светорассеяния. Для более крупных частиц применим анализ изображений, который может измерять размер и форму частиц и дает гораздо больше преимуществ с точки зрения разрешения и точности.

Как можно использовать дифракцию и светорассеяние для измерения частиц?

Падающий лазерный свет рассеивается или дифрагирует частицами. Угол дифракции зависит от размера частиц. Крупные частицы рассеивают свет на меньшие углы, в то время как мелкие частицы рассеивают свет на большие углы. Анализируя картину рассеянного света, зависящую от угла, можно рассчитать распределение частиц по размерам. При измерении частиц для этой цели используется приближение Фраунгофера (для крупных частиц) или оценка Ми.

Как можно использовать анализ изображений для измерения частиц?

Существует два подхода к измерению частиц с помощью методов анализа изображений: статический и динамический анализ изображений. При статическом анализе изображений частицы находятся в состоянии покоя во время измерения, как под микроскопом. При динамическом анализе изображений регистрируются движущиеся частицы либо в жидкости, либо в потоке воздуха, либо в свободном падении. Статический метод генерирует очень подробные изображения, динамический метод имеет преимущество в анализе большого количества частиц за короткое время и в широком диапазоне размеров.

Как можно определить форму частиц при измерении частиц?

Только анализ изображений способен измерить форму частиц. Существует множество различных морфологических параметров, которые могут описывать форму частиц, таких как круглость, соотношение сторон, округлость, твердость и выпуклость. Параметры формы частиц определены в стандарте ISO 9276-6.

Какие стандарты ISO применяются к измерению частиц?

Существует несколько стандартов ISO, которые определяют требования к определенным методам измерения частиц. Для анализа изображений это ISO 13322-1 (статический анализ изображений) и ISO 13322-2 (динамический анализ изображений). Лазерная дифракция описана в стандарте ISO 13320, а динамическое светорассеяние - в стандарте ISO 22412.