입자 크기

그란울로메트리
기본개념
입자 크기 · 곡물크기 크기 분포 · 형태학
방법 및 기술
메쉬 눈금 · 광학 과립측정학 체 분석 · 토양 그라데이션
관련개념
과립 · 세밀한 재료 광물질분진 · 패턴인식 동적광 산란
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입자 크기는 고체 입자(플렉), 액체 입자(방울), 기체 입자(거품)의 치수를 비교하기 위해 도입된 개념이다. 입자크기의 개념은 콜로이드 입자, 생태계의 입자, 미세한 물질에 존재하는 입자(공기하건 아니건), 미세한 물질을 형성하는 입자(곡물크기도 참조)에 적용된다.

입자 크기 측정

입자 크기와^[1] 입자 크기 분포를 측정하는 방법에는 여러 가지가 있다. 그 중 일부는 빛, 다른 초음파,^[2] 전기장, 중력, 또는 원심분리기를 기반으로 한다. 체의 사용은 일반적인 측정 기법이지만, 이 과정은 인간의 실수에 더 취약할 수 있고 시간이 많이 소요된다. DIA(Dynamic Image Analysis, DIA)와 같은 기술은 입자 크기 분포 분석을 훨씬 쉽게 만들 수 있다. 이러한 접근방식은 Retsch Technology의 캠사이저 또는 Simpatec QICPIC 계열 계측기와 같은 계측기에서 확인할 수 있다. 운영 환경에서 실시간 모니터링을 위한 인라인 측정 기능이 여전히 부족하다. 따라서 SOPAT^[3] 시스템과 같은 인라인 영상 장치가 가장 효율적이다.

머신러닝 알고리즘은 입자 크기 측정의 성능을 높이기 위해 사용된다.^[4][5] 이 연구 라인은 저비용의 실시간 입자 크기 분석을 산출할 수 있다.

모든 방법에서 크기는 간접적인 척도로서, 실제 입자 형태를 구체(가장 일반적인)나 입체형(최소 경계상자를 사용할 때)처럼 단순하고 표준화된 형태로 변형시키는 모델에 의해 얻어진 것으로, 크기 매개변수(구체의 직경)가 타당하다. 형상 가설이 필요하지 않은 수학 형태학 접근법은 예외다.

입자의 앙상블(집합)에 대한 입자크기의 정의는 또 다른 문제를 제시한다. 실제 시스템은 사실상 항상 폴리 디스페르드인데, 이것은 앙상블의 입자들이 다른 크기를 가지고 있다는 것을 의미한다. 입자 크기 분포의 개념은 이 다분산성을 반영한다. 입자의 앙상블을 위해서는 종종 일정한 평균 입자 크기가 필요하다.

구면 크기에 대한 표현식

구형 물체의 입자 크기는 그 직경으로 명확하고 정량적으로 정의할 수 있다. 그러나 전형적인 물질적 물체는 모양이 불규칙하고 구형이 되지 않을 가능성이 있다. 입자 크기에 대한 위의 정량적 정의는 비구형 입자에 적용할 수 없다. 위의 정량적 정의를 비구형 입자에 적용하도록 확장하는 방법에는 여러 가지가 있다. 기존 정의는 주어진 입자를 입자와 동일한 속성 중 하나를 가진 가상의 구체로 대체하는 것에 기초한다.

볼륨 기반 입자 크기

볼륨 기반 입자 크기는 주어진 입자와 동일한 볼륨을 가진 구의 직경과 같다. 전형적으로 체 분석에서 형상 가설로 사용된다(구 직경으로서의 그물망 크기).

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

, where

${\displaystyle D}$ ${\displaystyle D}$: 대표 구의 지름

${\displaystyle V}$ ${\displaystyle V}$: 입자 볼륨

영역 기반 입자 크기

면적 기반 입자 크기는 주어진 입자와 표면적이 동일한 구의 직경과 같다. 일반적으로 광학 과립측정 기법에 사용된다.

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

, where

${\displaystyle D}$ ${\displaystyle D}$: 대표 구의 지름

${\displaystyle A}$ ${\displaystyle A}$: 입자의 표면적

간접측정식

어떤 측정에서는 크기(표현의 길이 치수)를 얻을 수 없으며, 다른 치수와 매개변수의 함수로만 계산된다. 아래 주요 사례를 참조하십시오.

중량 기반(구경) 입자 크기

무게 기반 입자 크기는 주어진 입자와 같은 무게를 가진 구의 직경과 같다. 원심분리 및 분리에 있어서 가설로서 또는 입자의 수를 추정할 수 있을 때(샘플 중량으로 평균 입자의 무게를 표본의 입자 수로 나눈 값) 유용하다. 이 공식은 모든 입자의 밀도가 같을 때만 유효하다.

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

, where

${\displaystyle D}$ ${\displaystyle D}$: 대표 구의 지름

${\displaystyle W}$ ${\displaystyle W}$: 입자 중량

${\displaystyle d}$ ${\displaystyle d}$: 입자의 밀도

${\displaystyle g}$ ${\displaystyle g}$: 중력 상수

공기역학적 입자 크기

유체역학적 또는 공기역학적 입자 크기는 주어진 입자와 동일한 드래그 계수를 갖는 구의 직경과 같다.

유체 매체의 입자 크기를 정의하는 또 다른 복잡성은 마이크로미터 이하의 입자에 대해 나타난다. 입자가 그렇게 작아지면 인터페이스 층의 두께는 입자 크기와 비교가 된다. 그 결과 입자 표면의 위치가 불확실해진다. 깁스가 제안하고 인터페이스와 콜로이드 과학에 관한 많은 책에 제시된 일정한 위치에 이 가상의 표면을 두는 관습이 있다.^{[6][7][8][9][10][2]}

국제 협약

다양한 특성 입자 크기를 제시하는 국제 표준인 ISO 9276(입자 크기 분석 결과 표시)이 있다.^[11] 다양한 평균 크기의 집합에는 중위수 크기, 기하학적 평균 크기, 평균 크기가 포함된다. 특정 소형 입자의 선택에 있어 일반적으로 ISO 565와 ISO 3310-1을 메쉬 크기의 선택에 사용한다.

콜로이드 입자

재료 과학과 콜로이드 화학에서 콜로이드 입자란 용어는 콜로이드에 전형적으로 크기가 크고 위상 경계가 분명한 소량의 물질을 말한다. 분산된 위상 입자의 직경은 약 1-1000나노미터이다. 콜로이드들은 본질적으로 이질적이다. 육안으로는 보이지 않으며, 항상 브라운 운동이라고 알려진 지그재그 동작으로 움직인다. 콜로이드 입자에 의한 빛의 산란 현상을 틴달 효과라고 한다.^[12]

참고 항목

• 동적광 산란
• 마이크로머리티틱스
• 분산 기술

참조

8.ISO 표준 14644-1 분류 공기 입자 청결도