粉體顆粒在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，尺寸的大小和分布情況直接關(guān)系到工業(yè)流程，產(chǎn)品質(zhì)量以及能源消耗和生產(chǎn)過程的安全性。因此，準(zhǔn)確快捷地測(cè)量顆粒的直徑（粒徑）并得到粒徑分布函數(shù)成為一個(gè)非常有意義的課題。

一、粒度測(cè)試的基本知識(shí)

1、粒度

粒度是指顆粒的大小，又稱為“粒度”或者“直徑”。如下：

（1）等效體積徑：即與所測(cè)顆粒具有相同體積的同質(zhì)球形顆粒的直徑。激光法所測(cè)粒徑一般認(rèn)為是等效體積徑。

（2）等效篩分徑 ( 篩分法的粒徑 )

（3）等效沉速?gòu)?( 沉淀法的粒徑 )

（4）等效投影面積徑 ( 顯微鏡法的粒徑 )

（5）等效體積徑 ( 光學(xué)法的粒徑 ) 。

如下下圖選擇測(cè)量方法不同，同一個(gè)顆粒得到了不同的結(jié)果。因此在顆粒測(cè)量過程中，選擇正確的測(cè)量方法也是非常重要的。

2、粒度測(cè)試中的典型數(shù)據(jù)

（1）平均徑：表示顆粒平均大小的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的儀器所測(cè)量的粒度分布，平均粒徑分、體積平均徑、面積平均徑、長(zhǎng)度平均徑、數(shù)量平均徑等。

（2）D50：也叫中位徑或中值粒徑，這是一個(gè)表示粒度大小的典型值，該值準(zhǔn)確地將總體劃分為二等份，也就是說有50%的顆粒超過此值，有50%的顆粒低于此值。

（3）D97：D97 一個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布數(shù)達(dá)到97%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑小于它的的顆粒占97%。這是一個(gè)被廣泛應(yīng)用的表示粉體粗端粒度指標(biāo)的數(shù)據(jù)。

二、粒度測(cè)試的方法

1、篩分法

篩分法是指按照被測(cè)試樣的粒徑大小及分布范圍，將大小不同篩孔的篩子疊放在一起進(jìn)行篩分，收集各個(gè)篩子的篩余量，稱量求得被測(cè)試樣以重量計(jì)的顆粒粒徑分布。原理如下圖：

該方法優(yōu)點(diǎn)：成本低，使用容易。  

缺點(diǎn)：（1）應(yīng)用領(lǐng)域小，對(duì)小于400目的干粉很難測(cè)量，不能測(cè)量乳濁液；（2）難以給出詳細(xì)的粒度分布。

2、顯微鏡法

顯微鏡法是采用成像法直接觀察和測(cè)量顆粒的平面投影圖像，測(cè)得顆粒的粒徑。測(cè)試時(shí)將試樣涂在玻璃載片上，逐個(gè)測(cè)定顆粒的投影面積，以確定顆粒的粒度，測(cè)定范圍150～0.4μm，電子顯微鏡的測(cè)定下限粒度可達(dá)0.001μm或更小。

該方法優(yōu)點(diǎn)是既可以可測(cè)量顆粒的大小，還可以觀測(cè)顆粒的形狀、結(jié)構(gòu)狀況以及表面形貌；缺點(diǎn)是測(cè)試結(jié)果與其他測(cè)量方法之間無直接的對(duì)比性，常被用來作為對(duì)其他測(cè)量方法的校驗(yàn)和標(biāo)定。

3、沉降法

沉降法是根據(jù)不同粒徑的顆粒在液體中的沉降速度不同測(cè)量粒度分布的一種方法。沉降法分為：如沉降天平、光透沉降、離心沉降等。

斯托克斯Stokes 定律是沉降法粒度測(cè)試的基本理論依據(jù)。如下圖：

光透法測(cè)量沉降速度是目前比較流行的方法。通過測(cè)量不同時(shí)刻透過懸浮液光強(qiáng)的變化率來間接地反映顆粒的沉降速度。

該方法廣泛應(yīng)用于涂料和陶瓷等工業(yè)中。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，涂料顏料的粒度分布測(cè)試方法原理均基于沉降法。

缺點(diǎn)：測(cè)量速度慢，不能處理不同密度的混合物。結(jié)果受環(huán)境因素（比如溫度）和人為因素影響較大。

4、庫(kù)爾特電阻法

庫(kù)爾特電阻法在生物等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也已經(jīng)成為磨料和某些行業(yè)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)顆粒在電解液中通過某一小孔時(shí)，不同大小顆粒導(dǎo)致孔口部位電阻的變化，由此顆粒的尺寸大小由電阻的變化加以表征和測(cè)定。原理圖如下：

該方法優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度較高，重復(fù)性好，缺點(diǎn)是易出現(xiàn)孔口被堵現(xiàn)象。

5、激光法

激光法是通過激光散射的方法來測(cè)量懸浮液、乳液和粉末樣品顆粒分布。激光粒度儀系統(tǒng)示意圖如下。包括半導(dǎo)體激光器、多元光電探測(cè)器、光路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、循環(huán)分散系統(tǒng)等。

該方法優(yōu)點(diǎn)：（1）適用性廣，既可測(cè)粉末狀的顆粒，也可測(cè)懸浮液和乳濁液中的顆粒； （2）測(cè)試范圍寬；（3）準(zhǔn)確性高，重復(fù)性好；（4）測(cè)試速度快，可進(jìn)行在線測(cè)量。

缺點(diǎn)：不宜測(cè)量粒度分布很窄的樣品，分辨率相對(duì)較低。

應(yīng)用領(lǐng)域包括制藥，生物醫(yī)藥，納米材料等行業(yè)。

典型樣品：氧化鋁粉、半導(dǎo)體、硅鹽等無機(jī)材料，聚合物乳膠、乳液、油漆、顏料、藥物等有機(jī)體。

作者：李波濤