Анализаторы размеров частиц, сита

Определение гранулометрического состава имеет очень важное техническое и гигиеническое значение. Размеры частиц и их распределение по крупности влияют почти на все свойства пылевидных материалов. Например, на их реологические (текучесть), тепловые и реакционнокинетические характеристики, а также на оптические и механические свойства пигментов и на прочность керамических материалов.

Размеры зерен и гранулометрический состав являются также одним из факторов оценки влияния запыленности воздуха на человека и выбора соответствующих средств борьбы с пылью. Размер частиц пыли, которые могут проникнуть в легкие, составляет около 0,01–5 мкм.

Диапазон размеров частиц, встречающихся при анализе гранулометрического состава, охватывает более пяти порядков – от крупнозернистых материалов до коллоидов.

При анализе гранулометрического состава подлежат решению две задачи: определение размеров частиц (такие измерения могут быть осуществлены различными методами) и определение доли в процентах частиц различных классов крупности. Для решения второй задачи требуется разделение частиц по крупности.

Методы анализа гранулометрического состава можно классифицировать следующим образом:

• ситовый анализ;
• исследование под микроскопом;
• метод разделения частиц по скорости их осаждения (Седиментация)*,
• счетный метод (определение числа частиц),
• центробежный метод разделения;
• декантация, отсеивание

Ситовой анализ — определение процентного содержания (по массе) фракций в пылевидном или зернистом материале, состоящих из частиц определенного размера. Анализ производят просеиванием навески материала через набор стандартных сит, различающихся размером ячеек. Ячейки в ситах обычно квадратные или прямоугольные. Чем ниже расположено сито, тем меньше в нём ячейки. Таким образом, частицы исходного материала размерами меньше размеров ячеек сита проходят к нижележащему ситу, а частицы большего размера задерживаются на поверхности сита. Обычно применяют не менее 5 и не более 20 сит, а количество фракций всегда на единицу больше количества сит.

* Седиментацио́нный анализ — совокупность методов определения размеров частиц в дисперсных системах и молекулярной массы макромолекул в растворах полимеров по скорости седиментации в условиях седиментационно-диффузного равновесия.

Лазерная корреляционная спектроскопия использует динамическое рассеяние света для определения размеров частиц в суспензии. Размеры измеряемых частиц должны быть такого же порядка, что и длина волны рассеиваемого света. При прохождении пучка света через суспензию происходит его упругое (рэлеевское) рассеяние. В случае ДРС используют лазерное излучение, которое является когерентным и монохроматическим. Измеряемой величиной служит т. н. автокорреляционная функция (АКФ), определяемой по временному изменению интенсивности рассеиваемого излучения.

Анализ траекторий наночастиц — метод визуализации и изучения наночастиц в растворах. В его основе лежит наблюдение за Броуновским движением отдельных наночастиц, скорость которого зависит от вязкости и температуры жидкости, а также размера и формы наночастицы. Это позволяет использовать данный принцип для измерения размера наночастиц в коллоидных растворах. В дополнение к размеру, одновременно возможно измерение интенсивности рассеяния света индивидуальной наночастицей, что позволяет дискриминировать наночастицы по их материалу. Третьим измеряемым параметром является концентрация каждой из фракций наночастиц. Для визуализации наночастиц используется освещение их раствора сфокусированным лазерным лучом. Отдельные наночастицы размером менее длины волны при этом ведут себя как точечные рассеиватели. При наблюдении освещённого объёма раствора через ультрамикроскоп сверху, под прямым углом к лазерному пучку, отдельные наночастицы выглядят как светлые точки на тёмном фоне. Высокочувствительная научная камера записывает видео Броуновского движения таких точек. Данная видеозапись в реальном времени передаётся на персональный компьютер для обработки: выделения отдельных наночастиц на каждом кадре и отслеживания перемещений частиц между кадрами.