粒度分析原理

分析了Cilas940L激光粒度仪的测试结果,并与沉降法、筛析法进行了比较.激光粒度仪测试结果的重复性较好,测量精度较高.对于玻璃珠样品,激光粒度仪和筛析法测试结果十分接近,对于天然沉积物,激光粒度仪测定的平均粒径偏粗,分选偏差.和沉降法相比,激光粒度仪测定的粘土组份(＜8φ)的含量为沉降法的46.7%～70.5%,平均为60%,测定的平均粒径较沉降法偏粗,分选偏差.造成激光粒度仪与沉降法、筛析法之间差异的原因主要在于这些测试方法原理的不同和天然沉积物不规则的形状.

激光衍射法与比重计沉降法所测粒度参数的对比研究——以海滩泥沙为例

陈仕涛1， 王建1，朱正坤2，娄英杰2

(1.南京师范大学 地理科学学院，江苏 南京210097； 2.江苏省交通规划设计院，江苏 南京210005)

摘要：用比重计沉降法和激光衍射法这两种方法，在相同条件下，对65个海滩泥沙样品分别进行了粒度分析。结果表明，激光衍射法的测试结果相对偏粗，二者的差异主要反映在＞9Φ中和＜4Φ这两个粒级范围内，上述差异对平均粒径、中值粒径、标准偏差、尖度、偏度等5个常用粒度参数的影响程度是不同的，经过线性相关性分析发现，二者的平均粒径和中值粒径的相关系数R较高，分别为0.9864，0.9763，F显著性检验和分析表明，其回归方程是有意义的，可作为换算公式使用，从而求得二者数据对比与换算途径。

关键词：激光粒度仪；比重计；粒度分析；相关性

1 引言

粒度分析，也叫颗粒分析，在许多领域有着广泛的应用。粒度测量的方法很多，比如传统的沉降法和随着激光技术的发展而产生的激光衍射法。沉降法之一的比重计法由于使用的仪器简单，在细颗粒样品的测量中曾广泛应用。激光衍射粒度分析法由于测量范围宽、所需样品量少、快速方便、重复性好等优点，使得用户越来越多，进而有取代其它粒度方法的趋势［1］，不同的测试方法由于受原理中某些假设和仪器本身的限制，测量的数据往往各不相同［2］，这就必然会导致相关数据及成果在对比与共享方面存在着客观上的困难。因此，定量分析这两类数据之间的可能关系，对于促进两类数据之间的科学对比与共享就具有了十分重要的理论与实践意义。

粒度分析的基本原理

(作者：Malvern仪器有限公司Alan Rawle 博士，翻译：焉志东，整理：董青云)

什么叫颗粒？

颗粒其实就是微小的物体，是组成粉体的能独立存在的基本单元。这个问题似乎很简单，但是要真正了解各种粒度测试技术所得出的测试结果，明确颗粒的定义又是十分重要的。各种颗粒的复杂形状使得粒度分析比原本想象的要复杂得多。

（见图1略）

粒度测试复杂的原因

比如，我们用一把直尺量一个火柴盒的尺寸，你可以回答说这个火柴盒的尺寸是20×10×5mm。但你不能说这个火柴盒是20mm或10mm或5mm，因为这些只是它大小尺寸的一部分。可见，用单一的数值去描述一个三维的火柴盒的大小是不可能的。同样，对于一粒砂子或其它颗粒，由于其形状极其复杂，要描述他们的大小就更为困难了。比如对一个质保经理来说，想用一个数值来描述产品颗粒的大小及其变化情况，那么他就需要了解粉体经过一个处理过程后平均粒度是增大了还是减小了，了解这些有助于正确进行粒度测试工作。那么，怎样仅用一个数值描述一个三维颗粒的大小？这是粒度测试所面临的基本问题。

等效球体

只有一种形状的颗粒可以用一个数值来描述它的大小，那就是球型颗粒。如果我们说有一个50 u的球体，仅此就可以确切地知道它的大小了。但对于其它形状的物体甚至立方体来说，就不能这样说了。对立方体来说，50u可能仅指该立方体的一个边长度。对复杂形状的物体，也有很多特性可用一个数值来表示。如重量、体积、表面积等，这些都是表示一个物体大小的唯一的数值。如果我们有一种方法可测得火柴盒重量的话，我们就可以公式（1）把这一重量转化为一球体的重量。

重量=)1(r343

由公式（1）可以计算出一个唯一的数（2r）作为与火柴盒等重的球体的直径，用这个直径来代表火柴盒的大小，这就是等效球体理论。也就是说，我们测量出粒子的某种特性并根据这种特性转换成相应的球体，就可以用一个唯一的数字（球体的直径）来描述该粒子的大小了。这使我们无须用三个或更多的数值去描述一个三维粒子的大小，尽管这种描述虽然较为准确，但对于达到一些管理的目的而言是不方便的。我们可以看到用等效法描述描述粒子的大小会产生了一些有趣的结果，就是结果依赖于物体的形状，见图2中圆柱的等效球体。如果此圆柱改变形状或大小，则体积/重量将发生变化，我们至少可以根据等效球体模型来判断出此圆柱是变大了还是变小了等等。如图2（略）。

粒度分析原理

粒度分析是一种常用的材料表征方法，通过对材料颗粒的大小分布进行研究，可以揭示材料的颗粒结构特征，为材料的性能和应用提供重要参考。粒度分析原理是基于颗粒在不同尺度下的分布情况，通过一系列实验和数据处理方法，得出材料颗粒的大小分布规律，为材料科学研究和工程应用提供重要依据。

首先，粒度分析原理基于颗粒的尺度效应。在材料中，颗粒的尺度效应是指颗粒在微观尺度下的特性和行为。颗粒的大小分布对材料的性能和行为有重要影响，因此需要进行粒度分析来揭示颗粒在不同尺度下的分布规律。

其次，粒度分析原理基于颗粒的形态特征。颗粒的形态特征包括颗粒的形状、表面特性等，这些特征对材料的性能和应用具有重要影响。通过粒度分析，可以得出颗粒的形态特征参数，为材料的设计和改进提供科学依据。

另外，粒度分析原理还基于颗粒的分布规律。颗粒在材料中的分布规律对材料的性能和行为有重要影响，通过粒度分析可以得出颗粒在不同尺度下的分布规律，为材料的制备和加工提供重要参考。

总之，粒度分析原理是基于颗粒的尺度效应、形态特征和分布规律，通过一系列实验和数据处理方法，揭示材料颗粒的大小分布规律，为材料科学研究和工程应用提供重要依据。粒度分析在材料科学、化工、土木工程等领域具有重要应用，对于揭示材料的微观结构特征、改进材料的性能和应用具有重要意义。

综上所述，粒度分析原理是一种重要的材料表征方法，通过揭示材料颗粒的大小分布规律，为材料科学研究和工程应用提供重要依据。粒度分析在材料领域具有广泛的应用前景，对于推动材料科学的发展和促进工程技术的进步具有重要意义。

粒度分析的基本原理

(作者：Malvern仪器有限公司Alan Rawle 博士，翻译：焉志东，整理：董青云) 1 粒度分析的基本原理

(作者：Malvern仪器有限公司Alan Rawle 博士，翻译：焉志东，整理：董青云)

什么叫颗粒？

颗粒其实就是微小的物体，是组成粉体的能独立存在的基本单元。这个问题似乎很简单，但是要真正了解各种粒度测试技术所得出的测试结果，明确颗粒的定义又是十分重要的。各种颗粒的复杂形状使得粒度分析比原本想象的要复杂得多。

（见图1略）

粒度测试复杂的原因

比如，我们用一把直尺量一个火柴盒的尺寸，你可以回答说这个火柴盒的尺寸是20×10×5mm。但你不能说这个火柴盒是20mm或10mm或5mm，因为这些只是它大小尺寸的一部分。可见，用单一的数值去描述一个三维的火柴盒的大小是不可能的。同样，对于一粒砂子或其它颗粒，由于其形状极其复杂，要描述他们的大小就更为困难了。比如对一个质保经理来说，想用一个数值来描述产品颗粒的大小及其变化情况，那么他就需要了解粉体经过一个处理过程后平均粒度是增大了还是减小了，了解这些有助于正确进行粒度测试工作。那么，怎样仅用一个数值描述一个三维颗粒的大小？这是粒度测试所面临的基本问题。

等效球体

只有一种形状的颗粒可以用一个数值来描述它的大小，那就是球型颗粒。如果我们说有一个50 u的球体，仅此就可以确切地知道它的大小了。但对于其它形状的物体甚至立方体来说，就不能这样说了。对立方体来说，50u可能仅指该立方体的一个边长度。对复杂形状的物体，也有很多特性可用一个数值来表示。如重量、体积、表面积等，这些都是表示一个物体大小的唯一的数值。如果我们有一种方法可测得火柴盒重量的话，我们就可以公式（1）把这一重量转化为一球体的重量。

重量=)1(r343

由公式（1）可以计算出一个唯一的数（2r）作为与火柴盒等重的球体的直径，用这个直径来代表火柴盒的大小，这就是等效球体理论。也就是说，我们测量出粒子的某种特性并根据这种特性转换成相应的球体，就可以用一个唯一的数字（球体的直径）来描述该粒子的大小了。这使我们无须用三个或更多的数值去描述一个三维粒子的大小，尽管这种描述虽然较为准确，但对于达到一些管理的目的而言是不方便的。我们可以看到用等效法描述描述粒子的大小会产生了一些有趣的结果，就是结果依赖于物体的形状，见图2中圆柱的等效球体。如果此圆柱改变形状或大小，则体积/重量将发生变化，我们至少可以根据等效球体模型来判断出此圆柱是变大了还是变小了等等。如图2（略）。