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※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
導入
重力沈降は、数十年にわたって粒子サイズ分析の確立された原理でした。さまざまな学術および産業分野で使用されています。多くの国内および国際規格が重力沈降技術と分析方法に取り組んでいます。
過去 20 年間にさまざまな新しい粒子サイジング技術が登場しましたが、最近では沈降技術が再発見されました。これは、技術の大幅な進歩と、重力下での粒子の指向性運動 (移動) の第一原理測定に基づいているという事実によるものです。
重力沈降法の測定対象は、沈降速度と対応する粒子サイズの分布です。これらは、粒子の堆積または分散液の減少を監視することによる相分離の観察から得られます。粒子の量を決定するために使用される物理的原理は大きく異なりますが、沈降速度はいずれの場合も垂直方向に移動した距離と測定時間から計算されます。この計算には、必須の前提条件や理論的な仮定は必要ありません。ただし、速度を粒子サイズに変換するには、ストークスの法則の適用可能性に依存します。分別技術として、沈降分析は、近い沈降速度の粒子画分を区別することができます。したがって、粒子サイズ分布を非常に細かく分解することができ、これは分光アンサンブル技術と比較して利点です。
ISO 13317 シリーズは、液体中の重力による粒子移動によって粒子状物質の沈降速度と粒子サイズの分布を決定する方法をカバーしています。この運動の方向は、分散相と連続相の間の密度差 (密度コントラスト) によって決まります。測定中、粒子は連続相 (液体) 中で物理的または化学的変化を受けてはなりません。
主な尺度は粒子速度分布であり、これは確立された沈降理論に基づいてサイズ分布に変換されます。 ISO 13317 シリーズに記載されている測定技術は、サスペンションやエマルジョンなどの分散液に適用できます。測定可能な粒子サイズの範囲は材料特性に依存し、水性サンプルの場合は通常 200 nm ～ 100 μm に達しますが、沈降速度は 0.6 μm/s ～ 10 mm/s の範囲で定量化できます。低粒子濃度の場合は沈降分析が行われます。最大許容値は測定技術と分析理論によって異なります。一般に、粒子の体積分率は 1% をはるかに下回ります。
この文書を使用する前に、適切な安全衛生慣行を確立し、規制上の制限の適用可能性を判断するのは、この文書のユーザーの責任です。
Introduction
Gravitational sedimentation has been an established principle of particle size analysis for several decades. It is employed in various academic and industrial fields of application. Numerous national and international standards address gravitational sedimentation techniques and analytical methods.
Although manifold new particle sizing techniques have emerged during the last two decades, sedimentation techniques have been recently rediscovered. This is due to substantial technical advancements and the fact that they are based on a first-principle measurement of the particles’ directed motion (migration) under gravity.
The measurands of gravitational sedimentation techniques are the distributions of sedimentation velocity and corresponding particle size. They are derived from observations of phase separation – either by monitoring the deposition of particles or the depletion of dispersion. The physical principles employed to determine the quantity of particles differ widely, whereas sedimentation velocity is in each case computed from the vertically migrated distance and measurement time. This computation does not demand essential preconditions and theoretical assumptions. Yet, the transformation of velocity into particle size relies on the applicability of Stokes’ law. As fractionating technique, sedimentation analysis can distinguish between particle fractions of close sedimentation velocity. Accordingly, particle size distributions can be very finely resolved, which is an advantage compared to spectroscopic ensemble techniques.
The ISO 13317 series covers the methods to determine the distributions of sedimentation velocities and particle size of particulate materials by gravitation-induced particle migration in liquids. The direction of this motion depends on the density difference (density contrast) between dispersed and continuous phase. During the measurement, particles should not undergo any physical or chemical change in the continuous phase (liquid).
The primary measurand is the particle velocity distribution, which is converted into size distribution based on established sedimentation theory. The measurement techniques described in the ISO 13317 series are applicable to liquid dispersions, like suspensions and emulsions. The measurable particle size range depends on material properties and typically reaches from 200 nm to 100 μm for aqueous samples, whereas sedimentation velocity can be quantified in the range from 0,6 µm/s to 10 mm/s. Sedimentation analysis is conducted for low particle concentrations. The maximum permissible value depends on the measurement technique and the analysis theory. In general, the volume fraction of particles is well below 1 %.
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