【投稿】粒度测试的方法及应用简介

粉体颗粒在日常生活和工业生产中有着广泛的应用，尺寸的大小和分布情况直接关系到工业流程，产品质量以及能源消耗和生产过程的安全性。因此，准确快捷地测量颗粒的直径（粒径）并得到粒径分布函数成为一个非常有意义的课题。

一、粒度测试的基本知识

1、粒度

粒度是指颗粒的大小，又称为“粒度”或者“直径”。如下：

1. 等效体积径：即与所测颗粒具有相同体积的同质球形颗粒的直径。激光法所测粒径一般认为是等效体积径。

2. 等效筛分径 ( 筛分法的粒径 )

3. 等效沉速径 ( 沉淀法的粒径 )

4. 等效投影面积径 ( 显微镜法的粒径 )

5. 等效体积径 ( 光学法的粒径 ) 。

如下下图选择测量方法不同，同一个颗粒得到了不同的结果。因此在颗粒测量过程中，选择正确的测量方法也是非常重要的。

2、粒度测试中的典型数据

1. 平均径：表示颗粒平均大小的数据。根据不同的仪器所测量的粒度分布，平均粒径分、体积平均径、面积平均径、长度平均径、数量平均径等。

2. D50：也叫中位径或中值粒径，这是一个表示粒度大小的典型值，该值准确地将总体划分为二等份，也就是说有50%的颗粒超过此值，有50%的颗粒低于此值。

3. D97：D97 一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。这是一个被广泛应用的表示粉体粗端粒度指标的数据。

二、粒度测试的方法

1、筛分法

筛分法是指按照被测试样的粒径大小及分布范围，将大小不同筛孔的筛子叠放在一起进行筛分，收集各个筛子的筛余量，称量求得被测试样以重量计的颗粒粒径分布。原理如下图：

• 该方法优点：成本低，使用容易。

• 缺点：（1）应用领域小，对小于400目的干粉很难测量，不能测量乳浊液；（2）难以给出详细的粒度分布。

2、显微镜法

显微镜法是采用成像法直接观察和测量颗粒的平面投影图像，测得颗粒的粒径。测试时将试样涂在玻璃载片上，逐个测定颗粒的投影面积，以确定颗粒的粒度，测定范围150～0.4μm，电子显微镜的测定下限粒度可达0.001μm或更小。

• 该方法优点是既可以可测量颗粒的大小，还可以观测颗粒的形状、结构状况以及表面形貌；

• 缺点是测试结果与其他测量方法之间无直接的对比性，常被用来作为对其他测量方法的校验和标定。

3、沉降法

沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同测量粒度分布的一种方法。沉降法分为：如沉降天平、光透沉降、离心沉降等。

斯托克斯Stokes 定律是沉降法粒度测试的基本理论依据。如下图：

• 光透法测量沉降速度是目前比较流行的方法。通过测量不同时刻透过悬浮液光强的变化率来间接地反映颗粒的沉降速度。

• 该方法广泛应用于涂料和陶瓷等工业中。国际标准中，涂料颜料的粒度分布测试方法原理均基于沉降法。

• 缺点：测量速度慢，不能处理不同密度的混合物。结果受环境因素（比如温度）和人为因素影响较大。

4、库尔特电阻法

库尔特电阻法在生物等领域得到广泛应用，也已经成为磨料和某些行业的测试标准。根据颗粒在电解液中通过某一小孔时，不同大小颗粒导致孔口部位电阻的变化，由此颗粒的尺寸大小由电阻的变化加以表征和测定。原理图如下：

• 该方法优点是测量精度较高，重复性好。

• 缺点是易出现孔口被堵现象。

5、激光法

激光法是通过激光散射的方法来测量悬浮液、乳液和粉末样品颗粒分布。激光粒度仪系统示意图如下。包括半导体激光器、多元光电探测器、光路系统、电路系统、软件系统、循环分散系统等。

• 该方法优点：（1）适用性广，既可测粉末状的颗粒，也可测悬浮液和乳浊液中的颗粒； （2）测试范围宽；（3）准确性高，重复性好；（4）测试速度快，可进行在线测量。 
  

• 缺点：不宜测量粒度分布很窄的样品，分辨率相对较低。

应用领域包括制药，生物医药，纳米材料等行业。

典型样品：氧化铝粉、半导体、硅盐等无机材料，聚合物乳胶、乳液、油漆、颜料、药物等有机体。

作者：李波涛