Un guide du diamètre sphérique équivalent pour la taille des particules
Comprendre le diamètre sphérique équivalent : Définition, importance et utilisations dans la mesure de taille de particules
Découvrez la théorie équivalente sphérique, les différents types de mesures et les instruments nécessaires pour une taille de particules réussie
Les propriétés physiques des matériaux particulaires peuvent influencer une large gamme de comportements des matériaux, y compris les taux de réaction et de dissolution, la facilité avec laquelle les ingrédients circulent et se mélangent, ou la compressibilité et l’abrasivité. Mais mesurer les dimensions des particules n’est pas toujours simple. Les particules sont des objets tridimensionnels, et à moins qu’elles ne soient des sphères parfaites (par exemple, émulsions ou bulles), elles ne peuvent pas être entièrement décrites par une seule dimension telle qu’un rayon ou un diamètre. Il existe donc de nombreuses façons d’expliquer la taille des particules, telles que la taille de maille et les fractions de tamis.
Une méthode qui simplifie le processus de mesure et les comparaisons de tailles de particules à travers divers matériaux – sans avoir à utiliser une modélisation tridimensionnelle compliquée – est le diamètre sphérique équivalent.
Dans ce blog, nous expliquerons comment fonctionne le diamètre sphérique équivalent, y compris comment la sphère équivalente diffère d’autres métriques de taille de particule et quand choisir l’analyse d’imagerie à la place
Qu’est-ce que le diamètre sphérique équivalent dans l’analyse de taille de particules ?
Le diamètre sphérique équivalent décrit la taille des particules en convertissant une propriété mesurée spécifique d’une particule en diamètre d’une sphère hypothétique qui donnerait la même mesure. Les propriétés communes utilisées pour calculer les équivalents sphériques incluent :
- Volume
- Surface
- Vitesse de sédimentation
- Intensité de diffusion de la lumière ou motif de diffraction
La propriété définissante varie selon la technique de mesure utilisée ; la variété des techniques de dimensionnement de particules disponibles signifie que différentes mesures peuvent produire des résultats différents pour le même échantillon.
Quels types de mesures de diamètre sphérique équivalent existent ?
Voici quelques-unes des méthodes les plus courantes pour mesurer le diamètre équivalent sphérique, et les instruments pertinents.
| Diamètre sphérique | Technique | Instrument |
|---|---|---|
| Diamètre équivalent en volume | Diffraction laser | Mastersizer 3000+ |
| Diamètre de surface | Surface spécifique BET | Micromeritics TriStar II Plus |
| Diamètre hydrodynamique (vitesse de diffusion) | Diffusion dynamique de la lumière | Zetasizer Advance |
| Diamètre de Stokes (densité et vitesse de sédimentation) | Sédimentation | Micromeritics Sedigraph |
Quel type de mesure de diamètre sphérique équivalent devrais-je utiliser ?
Lorsque vous sélectionnez quel diamètre sphérique équivalent utiliser, la décision dépend de quel comportement physique est le plus important pour votre application. Cela influence également comment vous résumez une distribution de taille en une valeur moyenne unique – par exemple, choisir entre des valeurs D[3,2] et D[4,3].
| Diamètre sphérique | Le plus important pour | Applications clés |
|---|---|---|
| Diamètre équivalent en volume | Détecter les matières surdimensionnéesSuivre les processus de dispersion ou de fraisageComprendre l’emballage des particules | PharmaceutiqueCimentMinéraux et exploitation minièrePigments et revêtementsMatériaux de batterie |
| Diamètre de surface | Taux de dissolutionRéactivitéCatalyseAdsorptionRevêtement | Administration de médicamentsCatalyseurs |
| Diamètre hydrodynamique (vitesse de diffusion) | Mesurer les nanoparticules où la sédimentation et le tamisage ne sont pas pratiquesSurveiller l’agrégation lors de la formulation ou du stockage | NanoparticulesAdministration de médicamentsÉvaluation de la stabilité colloïdale |
| Diamètre de Stokes (densité et vitesse de sédimentation) | Lorsque les particules se séparent sous l’effet de la gravité ou de la force centrifugeFiltrationSédimentationClassification | Traitement des minérauxPigmentsCiment |
Comment le sphère équivalente diffère-t-elle d’autres mesures de taille de particules ?
En rapportant une seule dimension pour une particule tridimensionnelle, le diamètre sphérique équivalent est affecté à la fois par la taille et la forme des particules.
L’analyse d’image permet de rapporter plusieurs paramètres pour chaque particule, décrivant la taille et la forme des particules de manière plus détaillée, par exemple :
- Le diamètre de Feret (ou diamètre maximal de feret) est la distance la plus éloignée entre deux points sur une particule. Pour une particule sphérique, ce serait le même que le diamètre équivalent sphérique, mais au fur et à mesure que les particules deviennent irrégulières, ces valeurs commenceront à différer.
- La longueur et la largeur des particules sont particulièrement utiles pour comprendre le comportement des particules en forme d’aiguille. L’aspect ratio est un paramètre sans dimension dérivé de la longueur et de la largeur, un cube a un aspect ratio de 1 alors qu’une particule en forme d’aiguille a un aspect ratio approchant zéro.
- La plupart des techniques d’imagerie rapporteront également un diamètre équivalent circulaire ou sphérique, utile pour la comparaison avec des techniques comme la diffraction laser.
Le pour et le contre de l’utilisation de diamètres sphériques équivalents
Le concept de sphère équivalente fonctionne très bien pour examiner les changements de taille en vrac et pour comparer des matériaux de forme similaire. Cependant, cela peut ne pas toujours être la meilleure solution pour les particules de forme très irrégulière, telles que les aiguilles ou les plaques. Pour les particules très irrégulières, des effets tels que l’élargissement de la distribution de taille des particules peuvent se produire.
Lorsque la forme de la particule est importante, des solutions d’imagerie comme Morphologi 4 peuvent être plus appropriées. Cependant, de nombreux workflows analytiques modernes utilisent les deux, avec un diamètre sphérique équivalent pour un dimensionnement quantitatif rapide et l’imagerie pour une validation morphologique ou la résolution de comportement anormal.
Par exemple, le groupe Jan De Nul, un leader mondial du marché du dragage et de la construction maritime, utilise à la fois les instruments Mastersizer et Morphologi pour une caractérisation efficace des particules de sable.
Conclusion
Sélectionner le meilleur type de mesure pour votre application nécessite de comprendre les différentes techniques de diamètre sphérique équivalent. Commencez par définir votre objectif, de la détection des agglomérats à la surveillance des taux de dissolution. Nous vous aiderons pour le reste.
Diamètre sphérique : questions fréquemment posées (FAQ)
Comprendre le diamètre sphérique équivalent n’a pas à être compliqué. Voici les réponses à quelques questions fréquemment posées sur le diamètre sphérique.
Qu’est-ce qu’un diamètre équivalent ?
Le diamètre sphérique équivalent, également connu sous le nom de théorie des sphères équivalentes, est le diamètre d’une sphère qui produirait les mêmes résultats qu’une particule de forme irrégulière utilisant une technique analytique spécifique. Le diamètre sphérique équivalent dépend de la technique car chacune mesure une propriété physique différente de la particule.
Qu’est-ce que le diamètre de Stokes ?
Le diamètre de Stokes (Dst) est le diamètre d’une sphère qui se déposerait à travers un fluide visqueux à la même vitesse terminale que la particule mesurée. Cela est mesuré via la sédimentation et convient mieux aux particules à peu près équidimensionnelles dans la gamme 1–100 µm. Parce qu’il est basé sur le comportement hydrodynamique plutôt que sur la géométrie, les particules irrégulières présentent généralement un diamètre de Stokes plus petit que leurs véritables dimensions, car les formes non sphériques subissent une plus grande traînée qu’une sphère équivalente.
Pourquoi ai-je des diamètres sphériques équivalents différents pour le même échantillon ?
Chaque technique mesure une propriété physique différente de la particule et la relie à la taille des particules, de sorte que chaque technique rapportera un résultat légèrement différent. La gamme de solutions de Malvern Panalytical offre des solutions pour toutes les variantes courantes de diamètre sphérique équivalent :
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