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粒子径の定義 - 粒子特性評価のベーシックガイド3-1

2018/06/25 Posted by

当ブログの資料ダウンロードランキング上位に入る人気ホワイトペーパー「粒子特性評価のベーシックガイド(全9回)」の3回目(1)です。

本記事では、粒子径の測定が重要な理由や、粒子径の定義方法をご紹介します。

粒子径(粒径)の測定が重要な理由

粒子材料の物理的特性のうち圧倒的に重要性が高いのが粒子径です。粒子径測定は幅広い産業において日常的に行われており、多くの製品の製造において重要なパラメータである場合がしばしばあります。粒径は以下のような材料特性に直接的な影響を及ぼします。

  • 反応性や溶解速度(例:触媒、錠剤) 
  • 懸濁液中の安定性(例:沈殿物、塗料) 
  • ドラッグデリバリーの効果(例:喘息用吸入剤(DPI)) 
  • 質感と手触り(例:食品成分)
  •  外観(例:粉体塗料、インク) 
  • 流れやすさと扱いやすさ(例:粉粒体) 
  • 粘度(例:スプレー式点鼻薬) 
  • 充填密度と空隙率(例:セラミック)

粒子径を測定し、粒子径が製品およびプロセスに及ぼす影響を理解することは、多くの製造会社にとって成功するために不可欠と言えます。

粒子径をどのように定義するのか?

粒子は3 次元の物体であるため、エマルションや気泡のような完全な球体を除いては、半径や直径などの単一の寸法では完全に記述することができません。

球相当径を利用した粒子径の定義

測定プロセスを単純化するため、球相当径の概念を利用して粒径を定義すると、便利な場合があります。この場合、粒径は実際の粒子と同じ特性(体積や質量など)を持つ相当球の直径で定義されます。ただし、測定技術によって異なる相当球モデルを使用するため、異なる測定技術間では粒径の値がまったく同じになるとは限らないことに留意する必要があります。


球相当径の概念図

球相当径の概念は規則的な形状を持つ粒子に対して非常に有効です。しかし、針状や板状などの不規的な形状の粒子に対しては必ずしも適切ではありません。これは少なくとも1 つの寸法がその他の寸法と大きく異なることがあるからです。


針状粒子の体積相当棒および体積相当球

上記の図に示した棒状の粒子の場合、体積相当球の粒子直径は198μm ですが、これは実寸法を表したものではありません。しかしこの粒子を、長さ360μm、幅120μm の寸法を持つ同じ体積の円柱として定義することもできます。この方法であれば粒径をより正確に表すことができ、この粒子が処理や取り扱いにおいてどのような挙動を示すか、より良く理解できる場合があります。

多くの粒度分布測定技術は1次元相当球の概念に基づいています。粒子径を測定する際、主に適している概念です。粒径を2 次元以上で測定するのは望ましい場合もありますが、測定およびデータ解析において重大な問題に直面することもあります。したがって対象の用途に最も適切な粒度測定技術を選ぶ際 は、注意深く検討することが推奨されます。

続きは:粒子特性評価のベーシックガイド

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