Partikelgröße

Die Partikelgröße ist ein Begriff, der eingeführt wurde, um die Dimensionen von Feststoffpartikeln ( Partikeln ), Flüssigkeitspartikeln ( Tröpfchen ) oder Gaspartikeln ( Blasen ) zu vergleichen. Der Begriff der Partikelgröße gilt für Partikel in Kolloiden , in der Ökologie , in granularen Materialien (unabhängig davon, ob sie in der Luft schweben oder nicht) und für Partikel, die ein granulares Material bilden (siehe auch Korngröße ).

^Es gibt verschiedene Methoden zur Messung der Partikelgröße ^{[ 1 ]} und Partikelgrößenverteilung . Einige basieren auf Licht , andere auf Ultraschall [ ^{2 ]} , elektrischen Feldern , Schwerkraft oder Zentrifugation . Die Verwendung von Sieben ist eine gängige Messtechnik, jedoch ist dieses Verfahren anfälliger für menschliche Fehler und zeitaufwändig. Technologien wie die dynamische Bildanalyse (DIA) können die Analyse der Partikelgrößenverteilung deutlich vereinfachen. Dieser Ansatz findet sich beispielsweise in Geräten wie dem CAMSIZER von Retsch Technology oder der QICPIC-Geräteserie von Sympatec. Ihnen fehlt jedoch die Möglichkeit zur Inline-Messung für die Echtzeitüberwachung in Produktionsumgebungen. Daher sind Inline-Bildgebungsgeräte wie das SOPAT- System ^{[ 3 ]} am effizientesten.

Maschinelle Lernalgorithmen werden eingesetzt, um die Leistungsfähigkeit der Partikelgrößenmessung zu steigern. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Dieser Forschungsansatz kann zu kostengünstigen und Echtzeit- Partikelgrößenanalysen führen .

Bei allen Methoden ist die Größe ein indirektes Maß, das durch ein Modell gewonnen wird, welches die reale Partikelform abstrakt in eine einfache und standardisierte Form transformiert, wie beispielsweise eine Kugel (am häufigsten) oder einen Quader (bei Verwendung des minimalen Begrenzungsrahmens ), bei dem der Größenparameter (z. B. der Durchmesser der Kugel) sinnvoll ist. Eine Ausnahme bildet der Ansatz der mathematischen Morphologie , bei dem keine Formannahme erforderlich ist.

Die Definition der Partikelgröße für ein Ensemble (eine Ansammlung) von Partikeln stellt ein weiteres Problem dar. Reale Systeme sind praktisch immer polydispers , d. h. die Partikel in einem Ensemble weisen unterschiedliche Größen auf. Der Begriff der Partikelgrößenverteilung spiegelt diese Polydispersität wider. Häufig besteht Bedarf an einer bestimmten mittleren Partikelgröße für das gesamte Partikelensemble.

Die Partikelgröße eines sphärischen Objekts lässt sich eindeutig und quantitativ durch seinen Durchmesser definieren . Typische materielle Objekte sind jedoch unregelmäßig geformt und nicht kugelförmig. Die obige quantitative Definition der Partikelgröße ist daher nicht auf nicht-sphärische Partikel anwendbar. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Definition auf nicht-sphärische Partikel zu erweitern. Bestehende Definitionen basieren darauf, ein gegebenes Partikel durch eine imaginäre Kugel zu ersetzen , die mindestens eine der Eigenschaften des Partikels aufweist.

Volumenbasierte Partikelgröße

Die volumenbasierte Partikelgröße entspricht dem Durchmesser der Kugel mit dem gleichen Volumen wie das gegebene Partikel. Sie wird typischerweise in der Siebanalyse als Formhypothese verwendet ( die Maschenweite des Siebs entspricht dem Kugeldurchmesser).

${\displaystyle D=2{\sqrt[{3}]{\frac {3V}{4\pi }}}}$

Wo

${\displaystyle D}$: Durchmesser der repräsentativen Kugel

${\displaystyle V}$Volumen des Partikels

Flächenbasierte Partikelgröße

Die flächenbasierte Partikelgröße entspricht dem Durchmesser der Kugel mit der gleichen Oberfläche wie das gegebene Partikel. Sie wird typischerweise in optischen Granulometrieverfahren verwendet .

${\displaystyle D={\sqrt[{2}]{\frac {4A}{\pi }}}}$

Wo

${\displaystyle D}$: Durchmesser der repräsentativen Kugel

${\displaystyle A}$Oberfläche des Partikels

Bei einigen Maßen lässt sich die Größe (eine Längendimension im Ausdruck) nicht direkt bestimmen, sondern nur als Funktion anderer Dimensionen und Parameter berechnen. Die wichtigsten Fälle werden im Folgenden veranschaulicht.

Gewichtsbasierte (sphäroidische) Partikelgröße

Die gewichtsbasierte Partikelgröße entspricht dem Durchmesser der Kugel mit dem gleichen Gewicht wie das jeweilige Partikel. Sie ist nützlich als Annahme bei Zentrifugation und Dekantierung oder wenn die Partikelanzahl geschätzt werden kann (um das durchschnittliche Partikelgewicht als Probengewicht geteilt durch die Partikelanzahl in der Probe zu erhalten). Diese Formel ist nur gültig, wenn alle Partikel die gleiche Dichte aufweisen.

${\displaystyle D=2{\sqrt[{3}]{\frac {3W}{4\pi dg}}}}$

Wo

${\displaystyle D}$: Durchmesser der repräsentativen Kugel

${\displaystyle W}$Gewicht des Partikels

${\displaystyle d}$: Dichte des Partikels

${\displaystyle g}$Gravitationskonstante

Aerodynamische Partikelgröße

Die hydrodynamische oder aerodynamische Partikelgröße entspricht dem Durchmesser der Kugel, die denselben Widerstandsbeiwert wie das gegebene Partikel aufweist.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Definition der Partikelgröße in einem flüssigen Medium tritt bei Partikeln mit Größen unterhalb eines Mikrometers auf . Bei so kleinen Partikeln wird die Dicke der Grenzschicht vergleichbar mit der Partikelgröße. Dadurch wird die Position der Partikeloberfläche unbestimmt. Es gibt eine Konvention zur Festlegung dieser gedachten Oberfläche, die von Gibbs vorgeschlagen und in zahlreichen Büchern zur Grenzflächen- und Kolloidwissenschaft beschrieben wurde . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

Es gibt einen internationalen Standard zur Darstellung verschiedener charakteristischer Partikelgrößen, die ISO 9276 (Darstellung der Ergebnisse der Partikelgrößenanalyse) ^{[ 12 ]} . Dieser Satz verschiedener mittlerer Größen umfasst die mittlere Partikelgröße , die geometrische mittlere Partikelgröße und die mittlere Partikelgröße . Bei der Auswahl spezifischer kleiner Partikel wird häufig die ISO 565 und die ISO 3310-1 zur Wahl der Maschenweite herangezogen .

In der Materialwissenschaft und Kolloidchemie bezeichnet der Begriff „Kolloidpartikel“ eine kleine Menge Materie mit einer für Kolloide typischen Größe und einer klaren Phasengrenze. Die Partikel in der dispergierten Phase haben einen Durchmesser zwischen etwa 1 und 1000 Nanometern . Kolloide sind heterogen, mit bloßem Auge unsichtbar und bewegen sich stets in einer zufälligen, zickzackförmigen Bewegung, der sogenannten Brownschen Molekularbewegung . Die Lichtstreuung an Kolloidpartikeln wird als Tyndall-Effekt bezeichnet . ^{[ 13 ]}

• Dynamische Lichtstreuung
• Körnung
• Laserbeugungsanalyse
• Mikromeritik
• Dispersionstechnologie
• Sauter-Mitteldurchmesser

8. ISO-Norm 14644-1 Klassifizierung von luftgetragenen Partikeln Reinheit