【投稿】粒度測試的方法及應用簡介

粉體顆粒在日常生活和工業生產中有著廣泛的應用，尺寸的大小和分布情況直接關係到工業流程，產品質量以及能源消耗和生產過程的安全性。因此，準確快捷地測量顆粒的直徑（粒徑）並得到粒徑分布函數成為一個非常有意義的課題。

粒度是指顆粒的大小，又稱為「粒度」或者「直徑」。如下：

等效體積徑：即與所測顆粒具有相同體積的同質球形顆粒的直徑。雷射法所測粒徑一般認為是等效體積徑。

等效篩分徑 ( 篩分法的粒徑 )

等效沉速徑 ( 沉澱法的粒徑 )

等效投影面積徑 ( 顯微鏡法的粒徑 )

等效體積徑 ( 光學法的粒徑 ) 。

如下下圖選擇測量方法不同，同一個顆粒得到了不同的結果。因此在顆粒測量過程中，選擇正確的測量方法也是非常重要的。

平均徑：表示顆粒平均大小的數據。根據不同的儀器所測量的粒度分布，平均粒徑分、體積平均徑、面積平均徑、長度平均徑、數量平均徑等。

D50：也叫中位徑或中值粒徑，這是一個表示粒度大小的典型值，該值準確地將總體劃分為二等份，也就是說有50%的顆粒超過此值，有50%的顆粒低於此值。

D97：D97 一個樣品的累計粒度分布數達到97%時所對應的粒徑。它的物理意義是粒徑小於它的的顆粒佔97%。這是一個被廣泛應用的表示粉體粗端粒度指標的數據。

篩分法是指按照被測試樣的粒徑大小及分布範圍，將大小不同篩孔的篩子疊放在一起進行篩分，收集各個篩子的篩餘量，稱量求得被測試樣以重量計的顆粒粒徑分布。原理如下圖：

顯微鏡法是採用成像法直接觀察和測量顆粒的平面投影圖像，測得顆粒的粒徑。測試時將試樣塗在玻璃載片上，逐個測定顆粒的投影面積，以確定顆粒的粒度，測定範圍150～0.4μm，電子顯微鏡的測定下限粒度可達0.001μm或更小。

沉降法是根據不同粒徑的顆粒在液體中的沉降速度不同測量粒度分布的一種方法。沉降法分為：如沉降天平、光透沉降、離心沉降等。

斯託克斯Stokes 定律是沉降法粒度測試的基本理論依據。如下圖：

光透法測量沉降速度是目前比較流行的方法。通過測量不同時刻透過懸浮液光強的變化率來間接地反映顆粒的沉降速度。

該方法廣泛應用於塗料和陶瓷等工業中。國際標準中，塗料顏料的粒度分布測試方法原理均基於沉降法。

缺點：測量速度慢，不能處理不同密度的混合物。結果受環境因素（比如溫度）和人為因素影響較大。

庫爾特電阻法在生物等領域得到廣泛應用，也已經成為磨料和某些行業的測試標準。根據顆粒在電解液中通過某一小孔時，不同大小顆粒導致孔口部位電阻的變化，由此顆粒的尺寸大小由電阻的變化加以表徵和測定。原理圖如下：

該方法優點是測量精度較高，重複性好。

缺點是易出現孔口被堵現象。

雷射法是通過雷射散射的方法來測量懸浮液、乳液和粉末樣品顆粒分布。雷射粒度儀系統示意圖如下。包括半導體雷射器、多元光電探測器、光路系統、電路系統、軟體系統、循環分散系統等。

應用領域包括製藥，生物醫藥，納米材料等行業。

典型樣品：氧化鋁粉、半導體、矽鹽等無機材料，聚合物乳膠、乳液、油漆、顏料、藥物等有機體。

作者：李波濤