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粒度分布
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OUTLINE

サービス概要

粒度分布について

粒度分布とは、試料中に「どのような粒子径が、どのような割合で含まれているか」を表す指標となるものです。

FEATURES

特徴

01

分析 Q&A

Q. どんな試料が測れるの?
 A. 金属、セラミックス、環境水など測定可能です
   分散媒を変更することで水に溶けやすい試料でも測定することが出来ます

Q. どれくらいまで測れるの?
 A. 粒径0.01μm~100μm程度です(最大1mm程度)
   これより粒度の大きいものはふるい分け試験が必要となります

Q. どれくらいの試料量が必要なの?
 A. 粉末試料で最少20~30mgから対応可能です
   水試料は濁りによって必要試料量が変わるので、お気軽にご相談ください。

Q. どれくらいの時間で結果が出るの?
 A. 標準納期は2週間ですが、柔軟に対応します

02

原理・方法

粒度分布測定は、粒子径によって光の散乱パターンが変化する特徴を用います。
弊社では、LA-950 / HORIBAを保有しており、レーザー回折・散乱法での測定が可能です。

レーザー回折・散乱法では、回折とミー散乱の粒径領域を測定することが可能です。
様々な粒度分布計の中で最も広い粒子径のレンジを有し、10 nm からミリ単位の大きさまでを測定できます。

粒度分布はミー散乱理論に基づいて算出します。必要なパラメータのうち、距離と散乱角は検出器の配置から、光の波長は光源の種類から決定するため、試料の屈折率さえ分かれば散乱パターンを求めることができます。
通常、粒子は「単独」では存在しておらず、一定の分布を持った「集団」で存在しています。そのため、測定結果は様々な散乱パターンが重なった状態となります。

03

解説

粒子径とは?

サンプルが真球であれば、粒子径は「直径」という1つの値で表すことができます。
しかし、球ではない場合は
複数の長さと幅を用いなければ表現できません。
粒度分布では、すべての粒子が球体であると仮定し、
同一体積の球に換算したときの直径である「球相当径」を用いています。

光の散乱

光が粒子に当たると、透過・反射・屈折や散乱などの現象が起こります。
光の散乱は光の波長と粒子径に依存しており、遮光・回折・ミー散乱(Mie散乱)やレイリー散乱(Rayleigh散乱)に区別されます。それぞれの現象によって散乱パターンが下記のように変化します。

  1. 遮       光       :光が遮られて粒子の影が出来る状態。
  2. 回       折       :散乱光が後ろ側に回り込み、粒子の真後ろに同心円状の模様ができる。
  3. ミー散乱       :散乱光は側方や後方まで広がる。
  4. レイリー散乱:散乱パターンは等方的になる。

出典:日刊工業新聞社「粉体の基礎物性」粉体工学会編

 

粒子径基準とは?

粒度分布には、主に「体積基準」と「個数基準」があります。
粒子径基準によりグラフは大きく変化するため、粒度分布測定の目的に合わせて基準を選択します。
体積基準は粒子の体積×個数を表しているため、粒子の密度が均一の場合、そのまま重量の比になります。
一般的に、品質管理分野では重量評価が望まれ、体積基準が広く用いられています。

 

代表径とは?

粒度分布では、その粒子の特徴を示すような粒子径の値を「代表径」と呼びます。
代表径と呼ばれるものには以下のようなものがあります。

平均径(平均値)

平均操作で得られた代表径で、横軸の粒子径と縦軸の頻度を掛け合わせて合計したものです。
分布の中心の値であり、粒子径基準が変わると平均径も変化します。

メディアン径(中央値)

粒子径分布を2つに分けた際、小さい方と大きい方が同じ数となる径です。
この中央値の粒子径を「メディアン径」と呼び、頻度が 50% という意味で「D50」 とも呼ばれます。
同様に 、分布の 90%が下にある直径を「D90」、10%が下にある直径を「D10」と呼びます

モード径(最頻値)

ヒストグラムのピーク値を示す径です。この最頻値の粒子径を「モード径」と呼び、
分布の中で最もよく見られる粒子径を表します。

粒度分布の注意点

粒度分布測定には、レーザー回折・散乱法以外にも動的光散乱法、沈降法などを使用する方法があります。
レーザー回折・散乱法の場合、直径1μmの球と同じ散乱パターンを示す粒子の粒子径を1μmとします。
沈降法の場合、測定対象と同物質の直径1μmの球と同じ沈降速度をもつ粒子の粒子径を1μmとします。
つまり、測定原理の違いは「粒子径1μm」の定義の違いとなり、得られる測定結果はまったくの別物です。
異なる原理の装置で測定した結果は単純に比較できないため、測定目的に応じた分析装置の選択が必要です。

04

分析事例

弊社にて分析を行った物質の一例

・焼却灰や飛灰
・河川水
・事業所排水
・セラミックス
・石綿
・食品添加物公定法の性状試験