Дисперсный анализ. Теоретические положения и практика исследования (методы основанные на рассеивании лазерного излучения и малоугловой рентгеновской дифракции) ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Визуальная характеристика зерен песка по форме частиц

Пример эквивалентной сферы мкм 100 мкм 39 мкм

Размер частиц (см) Количество частиц% от общего количества % от общей массы ,299, ,50,03 0,1-1, ,30,01 Всего ,00 Распределение размеров объектов на орбите Земли 99,3% всех частиц очень малы (третья колонка), а с другой стороны большинство частиц (99,96%) имеют размеры в диапазоне от 10 до 1000 см.

Нормальное распределение по Гауссу Бимодальное распределение Среднее значение, медиана и мода – основная статистика Среднее значение – некоторая средняя арифметическая величина, выражающая определенные характеристики. Существует несколько средних значений, которые могут применяться для характеристики размеров частиц. Медиана – значение размера частиц, которое разделяет популяцию распределения точно на две равные части, т.е. точка на кривой где 50% распределения находятся слева от этой точки, а 50% - справа. Мода (модус) – значение размера частиц или класс распределения размеров, которое в исследуемом распределении представлен в большем количестве, т.е. наивысшая точка кривой распределения.

Ситовой дисперсионный анализ не позволяет исследовать эмульсии, а также дисперсионные системы, где дисперсионной средой является газ. Затруднен процесс измерения сухих порошкообразных материалов с частицами менее 400# (38мкм). Мокрый ситовой анализ частично решает эту проблему, но воспроизводимость получаемых результатов очень низка и выполнение такого анализа – задача достаточно трудная. Сложно измерять связанные и агломерированные материалы, например глины. Ситовой анализ таких материалов как TiO 2 с размерами 0,3 мкм – просто невозможен. Этот метод не обладает высокой разрешающей способностью. Чем дольше продолжается анализ, тем более занижается точность конечного результата. Это происходит потому, что частицы имеющие чуть вытянутую или игольчатую форму, при продолжительном встряхивании ориентируются и проходят через сито. Поэтому стандарты, описывающие процедуры ситового анализа, должны очень строго регламентировать время измерения и способ управления движением (встряхивание или вибрация) сит. При ситовом анализе вытянутых или игольчатых частиц не воспроизводится истинное значение весового распределения. Это может служить причиной получения противоречивых результатов при многократном анализе одного и того же образца (например, стержнеобразные частицы парацетамола в фармацевтической промышленности). Износ и допуск. Поинтересуйтесь таблицей размеров сит по любому из действующих в стране стандартов и сравните средние и максимальные допуски размеров отверстий, при которых сита еще разрешены к использованию. Ситовой анализ

Седиментационный анализ Время дисперсионного анализа седиментационным методом длится в среднем от 25 минут до 1 часа, и это осложняет любой повторный анализ. С увеличением времени анализа увеличивается возможность агломерации материала. Седиментационный метод требует точной термостабилизации измеряемой системы, т.к. температура сильно влияет на изменение одной из основных, участвующих в расчете конечного результата, величин – вязкости. Седиментационный метод не позволяет измерять смесь материалов различной плотности, а пигменты часто состоят из красящей матрицы и добавок/наполнителей. Рентгеновская седиментография. В некоторых седиментографах для дисперсионного анализа используется рентгеновское излучение. Наличие таких приборов на любом предприятии, накладывает на руководство лаборатории выполнение дополнительных и необходимых требований по регистрации и контролю за подобным оборудованием (например со стороны СЭС или др. контролирующих организаций). Кроме того к работе на таких приборах должны допускаться только квалифицированные специалисты. Ограниченный диапазон измеряемых размеров частиц. В системе с частицами дисперсной фазы менее 2 мкм преобладает Броуновское движение и это приводит к получению неточных результатов. Для системы с размером частиц более 50 микрон – оседание турбулентно и опять закон Стокса не работает. где η– вязкость дисперсионной среды, ρ – плотность частиц, ρ 0 – плотность дисперсионной среды.

Electrozone Sensing (счетчик Культера) Сложно анализировать эмульсии. Метод не позволяет исследовать дисперсионные системы где средой является газ! Следовательно, сухие порошкообразные материалы должны представляться для такого дисперсионного анализа только в суспензии. Т.е. прямой дисперсионный анализ сухих порошкообразных материалов – невозможен. Измерение необходимо выполнять обязательно в электролите. Затруднен анализ органических материалов, т.к. метод не позволяет измерять частицы в ксилоле, бутаноле и в других, плохопроводящих электрический ток, растворах. Данный метод требует использования стандартов для калибровки аппаратуры. Стандарты достаточно дороги и к тому же меняют свой размер в дистиллированной воде и в электролите. Метод медленный. Для материалов, имеющих относительно широкое распределение (полидисперсное распределение), велика вероятность закупоривания маленьких отверстий частицами с относительно большими размерами. Нижняя граница размера анализируемых этим методом частиц, ограничивается величиной самого маленького отверстия, обычно не менее 2мкм. Отсюда вытекает невозможность измерения частиц TiO2 с размерами до 0.2 микрон. Материалы с высокой плотностью или частицы грубодисперсных материалов, не доходя до этапа протекания через отверстие, оседают на дно трубки.

Лазерная дифракция

Метод малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР) Типы исследуемых образцов и дифрактограмм МУРР

Метод SAXSess Д.И. Свергун, Л.А. Фейгин. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. Москва, Наука, 1986, 279 с. А.Н. Бекренев, Л.И. Миркин. «Малоугловая рентгенография деформации и разрушения материалов». Москва : МГУ, с. O. Glatter, O. Kratky. Small-Angle X-ray Scattering. Academic Press Inc. (London) Ltd, 1982, 515p. A. Guinier and G. Fournet. Small-Angle Scattering of X_Rays. John Wiley & Sons, Inc. (New York), 1955, 268p. Б.К.Вайнштейн. Дифракция рентгеновских лучей на цепных молекулах. Москва, Издательство АН СССР, 1963 г., 372 с.