Osakeste suurus: määratlus, mõõtmine ja jaotus mullas ja materjalides

Avasta osakeste suuruse määratlus, mõõtmismeetodid ja jaotused mullas ning eri materjalides — praktiline juhend teadustööks ja tööstuseks.

• Osakeste suurus (üldine) annab üldised määratlused osakeste suuruse mõistele.
• Osakeste suurus (terasuurus) annab konkreetsed andmed pinnase, pulbrite, kruusa jne osakeste suuruse kohta.
• Osakeste suurusjaotus

Välja otsitud aadressil "https://simple.wikipedia.org/w/index.php?title=Particle_size&oldid=4222405"

Mida tähendatakse osakeste suurusega?

Osakeste suurus on geomeetriline mõõde, mis kirjeldab eraldiseisva tahke või vedela faasi fragmenti (osakest, tera või helbe) lineaarset mõõtu. Sageli kasutatakse diameetri mõistet või ekvivalenddiameetrit, mis eeldab osakese võrdväärset läbimõõtu sfäärina. Oluline on mõista, et tegelik kuju võib olla mittesfääriline ning seetõttu on osakeste suurus sageli ligikaudne väärtus, mida kasutatakse tehniliseks võrdluseks ja statistikaks.

Klassifikatsioon pinnases ja muudes materjalides

• Liiva-, silti- ja saviosakesed (pinnas): standardid erinevad, kuid tavapärased piirid on:
  • Savi: < 0,002 mm
  • Silt: 0,002–0,05 mm (USDA) või mõnel standardil kuni 0,063 mm
  • Liiv: 0,05/0,063–2 mm
  • Gravel / kruus: > 2 mm
  Märkus: need piirid võivad vastavalt ISO-, ASTM- või riiklikele klassifikatsioonidele veidi erineda.
• Pulbrid ja tööstusmaterjalid: tavaliselt mõõdetakse mikromeetrites (µm) või nanomeetrites (nm). Näiteks tööstuspulbrid: mõnest kümnest mikromeetrist kuni mõne saja mikromeetrini; nanomaterjalid: < 100 nm.
• Aerosoolid ja õhusaaste: tähistatakse tihti PM10, PM2.5 jms, kus number näitab osakese aerodünaamilist läbimõõtu mikromeetrites.

Mõõtmismeetodid

• Sieviing / sõelumine — lihtne ja levinud meetod suurte osakeste (tavaliselt > ~50–100 µm) eraldamiseks. Kasutatakse ehitusmaterjalides, kruusas, suuremates liivakihtides.
• Settlusmeetodid (hüdromeetria) — tugineb Stokes'i seadusele; mõõdetakse, kui kiiresti osakesed settivad vedelikus. Kasulik pinnasepeenuse jaotuse määramiseks (silt/savi vahemik).
• Laser-difraktsioon — kiire ja väga levinud meetod; mõõdab valgustriibu hajumismustrit ning teisendab selle osakeste suuruste jaotuseks. Katab laia mõõtmisulatuse (nanomeetritest mm-ni) olenevalt seadme konfiguratsioonist.
• Dünaamiline valguse hajumine (DLS) — sobib peamiselt nano- ja submikromeetrilisteks osakesteks dispersioonis; annab hydrodünaamilise diameetri ja on tundlik aglomeraadi olemasolule.
• Optiline ja elektronmikroskoopia — võimaldab visuaalset analüüsi, kuju ja morfoloogia määramist; kombineerituna pilditöötlusega saab detailse jaotuse ja kujuandmeid.
• Tomograafia ja röntgenmeetodid — 3D-kujulise osakeste struktuuri uurimiseks, eriti kallimates teaduslikes rakendustes.

Osakeste suurusejaotus ja mõõtühikud

Osakeste suurusejaotust kirjeldatakse sageli kumulatiivsete ja differentiaalsete kõveratega ning statistikaliselt protsentiilidega: D10, D50 (mediaan), D90 — need näitavad, milline osakaal massist või mahust on väiksem antud väärtusest. Ühikuks on tavaliselt millimeeter (mm), mikromeeter (µm = 10⁻⁶ m) või nanomeeter (nm = 10⁻⁹ m).

Miks osakeste suurus on oluline? (praktiline tähendus)

• Hüdraulilised omadused: pooride suurus, läbilaskvus ja veemahutavus sõltuvad osakeste suurusest ja jaotusest — savised pinnased hoiavad vett, liivased pinnased juhivad vett hästi.
• Mehaanilised omadused: tihedus, sidusus, kokkusurutavus ja nõlvastabiilsus erinevad sõltuvalt osakeste fraktsioonist.
• Keemiline aktiivsus: väiksematel osakestel on suurem spetsiifiline pindala massiühiku kohta, mis suurendab reaktsioonide ja adsorptsiooni võimet (nt reostuse immobiliseerimine, katalüüs, lahustuvus).
• Toodete käsitsemine: pulbrite voolavus, segatavus ja pildatavus elektroonika-, farmaatsia- ja ehitusvaldkonnas sõltuvad osakeste suurusest ja kujust.
• Terviseriskid: õhus olevad peenosakesed (PM2.5, PM10) suudavad sattuda hingamisteedesse ja põhjustada terviseprobleeme.

Proovi ettevalmistus ja mõõtmise kitsaskohad

• Agregeerumine ja dispergeerimine: paljud materjalid kipuvad aglomeeruma; usalduslike tulemusteni jõudmiseks kasutatakse dispersante, sonikatsiooni või keemilisi lahusteid.
• Kuju ja tihedus: enamik instrumente eeldab sfäärilist osakest; mittesfäärilise kuju korral tulevad valestused sisse. Osakeste tihedus on vajalik massi–mahuse teisendusteks.
• Mõõtepiirangud: iga meetodil on oma ala, kus tulemused on usaldusväärsed; väga laia suurusevahemiku katmiseks võib vaja minna mitut meetodit.
• Standardeid ja kalibreerimist: täpsed tulemused nõuavad seadmete kalibreerimist ja standardiseeritud protokolle (nt ISO 13320 laser-difraktsiooniks, ASTM meetodid pinnaseks).

Tavalised näited ja vahemikud

• Pinnas: liiv 0,05–2 mm, silt 0,002–0,05 mm, savi <0,002 mm (sõltuvalt klassifikatsioonist).
• Tööstuslikud pulbrid: ravimid ja pigmendid 0,1–100 µm; peenpigmendid 0,01–1 µm.
• Nanomaterjalid: < 100 nm — teistsugused füüsikalised ja keemilised omadused võrreldes makroskaalaga.
• Aerosoolid: PM10 (≤10 µm), PM2.5 (≤2.5 µm) — oluliselt mõjurid õhukvaliteedis.

Soovitused praktikas

• Määratlege enne mõõtmist, mida te otsite: massi- või mahujagune; kas vaja kujuinfot või ainult suurust.
• Kasutage sobivat meetodit vastavalt oodatavale suurusvahemikule ja proovi omadustele (hüdrofoobsus, aglomereeruvus jne).
• Kombineerige meetodeid (nt sieving + laser-difraktsioon või mikroskoopia) täpsemate tulemuste jaoks.
• Tõlgendades andmeid, märkige alati kasutatud meetod, dispersioonimeetod ja võimalikud ümmargustuse eeldused.

Küsimused ja vastused

K: Mis on osakeste suurus (üldiselt)?

K: Mida tähendab osakeste suurus (tera suurus)?

K: Mida hõlmab osakeste suuruse jaotuse mõiste?

K: Kuidas saab mõõta osakeste suurust?

K: Millist tüüpi materjale uuritakse tavaliselt seoses nende osakeste suurusega?

Otsing