Dimensiunea este studierea distribuției statistice a mărimii unei colecții de elemente finite de material natural sau fracționat . Analiza dimensiunii particulelor este setul de operații care să permită determinarea distribuției mărimii elementelor care compun colecția. Distribuția dimensiunii particulelor este reprezentarea sub formă de tabele, numere sau grafice, a rezultatelor experimentale ale analizei dimensiunii particulelor. Analiza dimensiunii particulelor este uneori asociată cu analiza distribuției statistice a formei boabelor, aceasta se numește granulomorfie.
Termenul de mărime a boabelor este, de asemenea, utilizat pentru a descrie calitativ mărimea medie a boabelor (de exemplu, se va spune că o rocă are o mărime a boabelor fine sau grosiere). Cuvântul mărimea bobului sau expresia mărimea bobului mediu este de asemenea folosit ca sinonim pentru „mărimea bobului mediu” (se va spune, de exemplu, că mărimea bobului (mediu) al unui strat crește sau scade odată cu adâncimea).
Distanța dintre o dreaptă dată D și paralela cu această direcție se numește „diametrul Féret” ( Df ) astfel încât întreaga proiecție a bobului să fie între aceste două paralele. Dacă rotim linia D în jurul bobului, vom găsi o poziție a lui D pentru care Df este maxim, este exodiametrul și minim, este mezo-diametrul. Raportul dintre aria zonei proiectată de particulă și aria cercului având un diametru egal cu exodiametrul definește ceea ce se numește indicele de formă a bobului.
Ceea ce numim dimensiunea unui bob este de fapt „diametrul echivalent” al acestuia ( De ). Termenul „diametru echivalent” este utilizat pentru a se referi la diametrul sferei care s-ar comporta identic în timpul operației de analiză a dimensiunii particulelor alese. De exemplu, o particulă lamelară (argilă, caolin, talc etc. ) nu are aceeași dimensiune, în funcție de măsurarea cu un analizor de mărime a particulelor de sedimentare sau cu un analizor de dimensiune a particulelor laser. Prin urmare, este întotdeauna esențial să indicați, împreună cu distribuția mărimii unei populații de cereale, metoda de măsurare utilizată.
Este cea mai veche metodă și încă foarte utilizată, deoarece cea mai economică. Acesta constă în măsurarea greutății materialului care trece prin ochiurile calibrate ale unei cârpe de sită . Site-urile sunt suprapuse prin scăderea ochiurilor și se măsoară greutatea materialului reținut pe fiecare sită. Această operație poate fi efectuată uscată și prin vibrarea întregii coloane de sită, pentru boabe de dimensiuni relativ mari. Când populația de cereale conține câteva elemente foarte fine, se asociază o depresiune a aerului. Atunci când mărimea bobului este mai mică de 300 μm , este necesar să se opereze sub un flux de apă (sau alcool pentru produsele solubile în apă). Fiecare refuz este apoi uscat și apoi cântărit.
Metoda constă în măsurarea timpului de sedimentare într-o coloană de apă, adică rata de cădere a particulelor.
Din legea lui Stokes se determină mărimea bobului.
Există diferite metode:
Balanța Martin măsoară cantitatea de material depusă pe o placă în funcție de timp. Cu pipeta lui Andreasen, concentrația de materie din suspensie este măsurată la un moment dat și la o înălțime dată. Sedimentometria cu raze X măsoară absorbția radiațiilor de către suspensie la o înălțime dată și la un timp dat care depinde de concentrație.
Principiul centrifugării este identic cu cel al sedimentării, folosind fracționarea particulelor sau picăturilor dispersate într-un lichid purtător (fază continuă) în funcție de diferențele lor de mărime și densitate, așa cum este descris de legea lui Stokes. Aici valoarea lui g este variabilă și se calculează din viteza unghiulară de centrifugare, masa probei și distanța de la centrul de rotație. Această tehnică este separativă, centrifugarea permite fracționarea particulelor și un dispozitiv optic face posibilă cuantificarea diferitelor fracții. Această abordare este recomandată pentru rezoluția sistemelor polidisperse multimodale . Fiecare fracție separată poate fi analizată independent de celelalte populații prezente în eșantion. Diferența cu sedimentometria convențională constă în posibilitatea de a accelera migrația nanoparticulelor sau nano-obiectelor și de a deplasa limita inferioară de cuantificare până la 10 nm.
Suspensia sau emulsia de analizat este inserată fără diluare prealabilă în interiorul unui recipient transparent și este traversată de radiații luminoase (vizibile, X, IR etc.). Avantajul major al acestei tehnici este că face posibilă obținerea unei distribuții a dimensiunii particulelor, independent de proprietățile optice ale materialelor dispersate. Modificările densității optice datorate deplasării fracțiilor sunt monitorizate în timpul centrifugării pentru a determina viteza de migrare a acestora și se obține o distribuție a dimensiunii particulelor ponderată de viteza de migrare a obiectelor Q (v) . Această distribuție poate fi convertită în intensitate, masă sau volum, va fi apoi necesar să se indice densitatea particulelor și vâscozitatea lichidului purtător pentru a rezolva ecuația Stokes și a izola diametrul sferic echivalent.
Compoziții transparente, incolore, care absorb radiațiile infraroșii, care cuprind nanoparticule
Analizorul de dimensiune a particulelor laser se bazează pe principiul difracției luminii. Particulele în suspensie (în apă sau într-un flux de aer) difractează lumina emisă de un fascicul laser . Distribuția spațială a acestei lumini, în funcție de dimensiunea particulelor, este înregistrată de un set de fotodiode . Analiza acestei distribuții în planul focal face posibilă determinarea proporției fiecărei clase dimensionale.
Interpretarea se face prin intermediul teoriei lui Fraunhofer . Cu toate acestea, această metodă este limitată pe de o parte de lungimea de undă a fasciculului laser și de transparența boabelor. Într-adevăr, teoria lui Fraunhofer presupune particule care sunt opace, dar și semnificativ mai mari decât lungimea de undă a luminii. Prin urmare, am dezvoltat noi metode de analiză a înregistrărilor distribuției spațiale a luminii din teoria Rayleigh- Mie . În acest caz, se iau în considerare difracția, refracția, reflexia și absorbția luminii de către boabe. Acest lucru permite efectuarea de măsurători de dimensiuni mult mai mici.
În această metodă, o fotografie a boabelor este luată de la microscop. Imaginea rezultată este analizată folosind software specializat. Acesta din urmă trece la numărarea și dimensionarea (numărul de pixeli) a fiecărei particule, apoi asociază cu fiecare o elipsă (sau un pătrat, un romb etc. ) care definește forma generală a bobului. Se obține astfel o descriere numerică și geometrică a setului granular care face posibilă stabilirea distribuțiilor în număr, suprafață și formă (granulomorfie). Analiza imaginii permite, de asemenea, determinarea culorii boabelor, ceea ce face posibilă stabilirea curbelor diferențiate în funcție de natura boabelor.
Cel mai clasic și frecvent mod de reprezentare a distribuțiilor mărimii particulelor este diagrama semi-log. Mărimile sunt reprezentate pe axa x pe o scară logaritmică de bază 10 (în general în µm) și coordonatele y pe o scară aritmetică de la 0 la 100%.
Uneori întâlnim reprezentări log-normale (abscisa în lg și ordonată în distribuția normală gaussiană).
Există, de asemenea, distribuții speciale pentru ordonate precum cea a lui Rosin-Rammler (1933) sau Gaudin-Schumann (1948). În aceste etaloane, distribuțiile sunt în general reprezentate de una sau două linii drepte. Acestea sunt utilizate în separarea mărimii particulelor. Ele derivă din următoarea ecuație de bază, cu q ( x ) proporția în greutate a particulelor la un diametru dat. q ( x ) = axm e (- bxn )
m = n -1 și a = nb (Rosin-Rammler)
b = 0 a = ( m +1) / ( xom +1) (Gaudin-Schumann)
În meteorologie , distribuția mărimii picăturilor de ploaie în funcție de diametrul lor (D) rezultă din trei procese care contribuie la formarea de picături: a condensarea vaporilor de apă pe o scădere, proporția Formările de picături mici pe mai mari și. Coliziuni între picături de dimensiuni similare. În funcție de timpul petrecut în nor, de mișcarea verticală din acesta și de temperatura ambiantă, vom avea deci picături care vor avea o istorie foarte variată și o distribuție a diametrelor variind de la câteva zeci de micrometri la câțiva milimetri . Studiul granulometriei picăturilor face posibilă înțelegerea mai bună a acestor fenomene și calibrarea radarelor meteorologice .
În geologie , această analiză a dimensiunii particulelor face posibilă definirea diferitelor clase de materiale, independent de natura lor chimică. Tabelul de mai jos corespunde standardului francez NF P18-560 utilizat în special în sectorul rutier .
Maxi | Denumire | Mini |
---|---|---|
200 mm | pietricele | 20 mm |
20 mm | pietriş | 2 mm |
2 mm | nisipuri grosiere | 0,2 mm |
0,2 mm | nisipuri fine | 20 um |
20 um | coarde | 2 um |
2 um | argile |
Iată alte trei clasificări comune:
|
|
|
De aici rezultă și alte definiții, de exemplu, a solurilor granuloase care conțin mai mult de 50% din elemente cu o dimensiune a particulelor mai mare de 80 μm . Ele sunt apoi împărțite în două familii:
În industria petrolieră, unde limba engleză este destul de omniprezentă, cele mai des utilizate denumiri sunt următoarele, derivate direct din clasificarea CK Wentworth:
scara φ | Interval de dimensiuni (metric) |
Interval de dimensiuni (aproximativ, în inci) |
Numele în engleză (numele francez) (cursurile Wentworth) |
Alte nume |
---|---|---|---|---|
<−8 | > 256 mm | > 10,1 in | Boulder (bolovan) | |
−6 la −8 | 64–256 mm | 2,5-10,1 in | Cobble (role) | (pietricica mare) |
−5 la −6 | 32–64 mm | 1,26-2,5 in | Foarte grosier de pietriș (pietriș foarte rudimentar) | Pebble (pietricică) |
−4 la −5 | 16–32 mm | 0,63-1,26 in | Pietriș grosier (pietriș grosier) | Pebble (pietricică) |
−3 la −4 | 8–16 mm | 0,31-0,63 in | Pietriș mediu (pietriș mediu) | Pebble (pietricică) |
−2 la −3 | 4–8 mm | 0,157-0,31 in | Pietriș fin (pietriș fin) | Pebble (pietricică) |
−1 la −2 | 2–4 mm | 0,079–0,157 in | Pietriș foarte fin (pietriș fin) | Granule (granule) |
De la 0 la -1 | 1-2 mm | 0,039-0,079 in | Foarte grosier de nisip (nisip foarte grosier) | |
1 la 0 | 0,5-1 mm | 0,020-0,039 in | Nisip grosier (nisip grosier) | |
2 la 1 | 0,25–0,5 mm | 0,010-0,020 in | Nisip mediu (nisip mediu) | |
3 la 2 | 125-250 µm | 0,0049-0,010 in | Nisip fin (nisip) | |
4 la 3 | 62,5–125 µm | 0,0025-0,0049 in | Nisip foarte fin ( nisip foarte fin) | |
8-4 | 3,9-62,5 µm | 0,00015-0,0025 in | Nămol (nămol, nămol) | Mud (noroi) |
10 la 8 | 0,977-3,9 µm | 3,8 × 10 −5 –0.00015 in | Argilă (lut) | Mud (noroi) |
20-10 | 0,95–977 nm | 3,8 × 10 −8 –3,8 × 10 −5 in | Coloid (coloid) | Mud (noroi) |