Phân phối kích thước hạt bằng phương pháp phân tích sàng

Phân tích sàng hoặc thử nghiệm phân cấp là một phương pháp quan trọng để đánh giá sự phân bố kích thước hạt của vật liệu dạng hạt. Kích thước hạt ảnh hưởng đến các đặc tính vật liệu như dòng chảy và hành vi vận chuyển (đối với vật liệu khối), khả năng phản ứng, độ mài mòn, độ hòa tan, hoạt động chiết và phản ứng, mùi vị, độ nén, v.v. Do đó, việc xác định kích thước hạt là cần thiết cho nhiều ngành công nghiệp, như thực phẩm, xây dựng, nhựa, mỹ phẩm và dược phẩm, để tối ưu hóa quy trình kỹ thuật và đảm bảo chất lượng cũng như an toàn của sản phẩm cuối cùng.

Để đo sự phân bố kích thước hạt, có thể áp dụng các phương pháp và quy trình khác nhau, tùy thuộc vào vật liệu mẫu, kích thước hạt dự kiến và phạm vi kiểm tra. Chúng bao gồm phân tích hình ảnh trực tiếp, tĩnh (SIA) hoặc động (DIA), tán xạ ánh sáng tĩnh (SLS), còn được gọi là nhiễu xạ laser (LD), tán xạ ánh sáng động (DLS) và phân tích sàng. Phân tích sàng là phương pháp truyền thống và được sử dụng nhiều nhất để đo sự phân bố kích thước hạt.

Tại sao cân sàng lại quan trọng

Ưu điểm của phân tích sàng bao gồm dễ sử dụng, yêu cầu chi phí đầu tư tối thiểu, mang lại kết quả chính xác và có thể lặp lại trong thời gian tương đối ngắn và có khả năng tách các phần kích thước hạt. Quy trình phân tích sàng bằng cách cân sàng vi phân là một quá trình tẻ nhạt và dễ xảy ra lỗi. Sử dụng cân chính xác với các tính năng tiện lợi và quản lý dữ liệu kỹ thuật số có thể nhanh chóng mang lại hiệu quả.

Cách thực hiện phân tích sàng

Hãy xem video này và tìm hiểu lý do tại sao việc phân tích kích thước hạt lại quan trọng đến vậy và cách thực hiện phân tích sàng từng bước.

Tác động của sự phân bố kích thước hạt có thể rất lớn và việc phân tích nó bằng cách cân sàng là một quá trình tẻ nhạt và dễ xảy ra lỗi. Tự động hóa quy trình phân tích sàng của bạn: biến các quy trình có hướng dẫn và quản lý dữ liệu kỹ thuật số trở thành một phần không thể thiếu trong tất cả các hoạt động cân sàng của bạn!

Quy trình làm việc điển hình để phân tích sàng

Chồng sàng gồm nhiều sàng xếp chồng lên nhau với kích thước mắt lưới tăng dần, mẫu được đặt lên sàng trên cùng. Việc sàng được thực hiện đến mức khối lượng mẫu trên mỗi sàng không thay đổi (= khối lượng không đổi). Mỗi sàng được cân và thể tích của từng phần được tính theo phần trăm trọng lượng, đưa ra sự phân bổ dựa trên khối lượng.

Các bước chuẩn bị

1. Xây dựng phương pháp: căn cứ vào vật liệu cần thử, chọn phương pháp tiêu chuẩn phù hợp, lựa chọn các sàng thích hợp trong dãy đảm bảo phân bố đồng đều trên mỗi sàng và xác định lượng mẫu yêu cầu. Các thử nghiệm sơ bộ có thể giúp xác định các thông số này
2. Chuẩn bị sàng hoặc ngăn xếp, ví dụ, ghi lại sàng (nhận dạng và trọng lượng bì)
3. Lấy mẫu
4. Chuẩn bị mẫu, ví dụ như làm khô trước, điều hòa hoặc chia mẫu

Các bước sàng sàng

5. Cân sàng rỗng, từ dưới lên trên hoặc từ sàng (A), cỡ mắt lưới nhỏ nhất (B) đến cỡ mắt lưới lớn nhất (E); xác định từng sàng, trừ bì
6. Thêm mẫu
7. Sàng (thủ công hoặc dùng máy lắc sàng)
8. Cân lại các phân số ở từng sàng, từ trên xuống dưới hoặc từ cỡ mắt lưới lớn nhất đến cỡ mắt lưới nhỏ nhất
9. Phân tích, đánh giá và diễn giải kết quả

Bảo trì thiết bị

Giống như các dụng cụ đo chính xác khác trong phòng thí nghiệm, sàng kiểm tra cần được bảo trì thường xuyên để duy trì tiêu chuẩn hoạt động, bao gồm:

• Vệ sinh cẩn thận sau mỗi lần chạy

• Kiểm tra hiệu suất trước khi sử dụng và kiểm tra thường xuyên định kỳ, ví dụ: thử nghiệm bằng mẫu thử nghiệm thành thạo

• Hiệu chuẩn: Hiệu chuẩn định kỳ và chứng nhận lại sàng thử nghiệm (ASTM E11 hoặc ISO 3310-1).

Các phương pháp phổ biến để phân tích kích thước và phân bố hạt

Phương pháp được lựa chọn để xác định kích thước và sự phân bố của hạt phụ thuộc vào chất mục tiêu và kích thước hạt dự kiến.

Phương pháp phân tích kích thước hạt:

1. Phân tích rây
2. Phân tích hình ảnh trực tiếp, tĩnh (SIA) hoặc động (DIA)
3. Tán xạ ánh sáng tĩnh (SLS), còn gọi là nhiễu xạ laser (LD)
4. Tán xạ ánh sáng động (DLS)

Phân tích sàng là phương pháp truyền thống để xác định sự phân bố kích thước hạt. Các hạt rắn có kích thước từ 125 mm đến 20 μm có thể được đo nhanh chóng và hiệu quả bằng cách sàng khô hoặc ướt bằng sàng thử nghiệm tiêu chuẩn.

Phân tích sàng được quy định trong một số tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như một phương pháp thử nghiệm bắt buộc đối với nhiều quy trình phân tích và công nghiệp. Tìm kiếm nhanh từ khóa "sàng" mang lại hơn 150 kết quả tiêu chuẩn riêng lẻ trên trang web của ASTM và hơn 130 kết quả trên trang web ISO. Những kết quả này cung cấp thông tin về kích thước sàng cần thiết cho một loại vật liệu cụ thể. Mỗi tiêu chuẩn mô tả chi tiết cách thực hiện kiểm tra kích thước hạt, bao gồm cỡ mẫu, thời gian thử nghiệm, kết quả mong đợi và phương pháp chấp nhận.

Ví dụ về tiêu chuẩn:

• ASTM C136: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để phân tích sàng các cốt liệu mịn và thô
• ASTM D422: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để phân tích kích thước hạt của đất

Hầu hết các tiêu chuẩn này yêu cầu sàng được sử dụng phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nhất định được mô tả trong các tiêu chuẩn sàng cụ thể như ISO 3310 hoặc ASTM E11/E 323.

Phân tích hình ảnh trực tiếp cho phép xác định các tính chất vật lý của từng hạt riêng lẻ (kích thước, hình dạng và hình thái bề mặt). Sự khác biệt quan trọng giữa phân tích hình ảnh động và tĩnh là trong phân tích hình ảnh tĩnh, các hạt nằm trên một vật mang và không di chuyển so với máy ảnh trong quá trình thu nhận, chẳng hạn như với kính hiển vi, trong khi trong phân tích hình ảnh động, các hạt di chuyển qua máy dò.

Phân tích hình ảnh tĩnh (SIA) chủ yếu được sử dụng để đo phân bố kích thước hẹp, tập trung vào đặc tính của các hạt rất mịn. Nó cung cấp hình ảnh hạt có độ phân giải cao cho phép mô tả cực kỳ chính xác về kích thước và hình dạng, nhưng rất tốn thời gian. SIA chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu và phát triển.
Tiêu chuẩn: ISO 13322-1.

Phân tích hình ảnh động (DIA) là phương pháp mô tả đặc tính hạt dựa trên số, áp dụng cho các mẫu lớn hơn khoảng 1 µm. Nếu cũng cần đo các hạt nhỏ hơn, nhiễu xạ Laser (LD) là phương pháp được lựa chọn. DIA là một phương pháp mô tả đặc tính kích thước hạt hiện đại phù hợp lý tưởng cho các phép đo thông thường đối với hàng rời, bột, hạt và huyền phù. Trong nhiều ngành công nghiệp, DIA đã thay thế phương pháp phân tích sàng truyền thống.
Tiêu chuẩn: ISO 13322-2.

Tán xạ ánh sáng tĩnh (SLS) hoặc Nhiễu xạ Laser (LD) có thể xác định sự phân bố dựa trên thể tích, dược phẩm (API) và PSD trong chất lỏng và bùn. Nhiễu xạ Laser là phương pháp phổ biến nhất để xác định sự phân bố kích thước hạt ngoài phân tích sàng truyền thống. Nó dựa trên sự làm lệch của chùm tia laser bởi một tập hợp các hạt phân tán trong chất lỏng hoặc luồng không khí.
Tiêu chuẩn: ISO 13320.

Tán xạ ánh sáng động (DLS) dựa trên chuyển động Brown của các hạt phân tán trong dung dịch. Đây là một kỹ thuật không xâm lấn để đo kích thước và sự phân bố kích thước của các phân tử và hạt thường ở phạm vi dưới micromet.
Tiêu chuẩn: ISO 22412.