粒径

粒径の概要

粒径（りゅうけい）とは、粉粒体中の粒子のサイズを示す指標であり、粉粒体を完全な球体として仮定した際の直径に基づく便宜的な値です。粒径は長さの次元を有し、実際には粒子の形状が多様なため、様々な定義や測定方法が必要となります。例えば、完全な球体や立方体であれば、それぞれの直径や辺の長さで表現できますが、現実の粒子は異なった形状をしているため、より複雑なアプローチが求められます。

定義と測定方法

粒径の測定には、いくつかの方法があり、主に幾何学的なアプローチと、物理的性状を基にした換算が行われます。

幾何学的な径

このアプローチでは、長径、短径、定方向径、定方向等分径、定方向最長幅、2軸平均径、3軸平均径など、様々な幾何学的特性を用いて粒径を評価します。これにより、粒子の形に基づいた直感的なサイズ表現が可能となります。

ふるい分け法

ふるい分け法では、ふるいの目の大きさを用いて粒径を表現します。従来のメッシュ単位は精度に欠けるため、現在はふるいの目開きの寸法を用いることが一般的です。日本工業規格（JIS 8801）に規定されています。

顕微鏡法

顕微鏡を用いた手法には、拡大投影機や光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（SEM）、透過型電子顕微鏡（TEM）などが含まれます。これらの方法は、粒子を視覚的に観察し、サイズを評価するのに役立ちます。

物理的換算径

ストークス径や光散乱径など、粒子の物理的特性に基づいて定義される径もあります。これにより、物理的性状から推定される粒径を算出可能です。

沈降法

この方法では、粒子の終末沈降速度を測定し、それを基に粒径を算出します。沈降の影響としては重力と遠心力の二つがあります。

レーザー回折散乱法

粒子にレーザー光を照射し、成分の回折や散乱光の強度パターンを分析します。このパターンは粒子の大きさに依存しており、非常に精密な測定が可能です。

電気検知法

電気的な手法もあり、粒子のサイズを信号の変化として観測する技術です。これにより、迅速かつ正確な測定が可能となります。

粒径分布

粒径が均一な粉粒体は単分散と呼ばれ、多様なサイズを持つものは多分散と称されます。土壌やコンクリートにおいても粒径分布がその特性に強く影響を与えるため、理解が必要です。

粒径分布関数

粒径分布を表す方法として、ふるい下積算分布(Q(x))や頻度分布(q(x))、ふるい上積算分布(R(x))が用いられます。多くの粉粒体の頻度分布は対数正規分布で近似でき、従って理論的な導出が可能です。さらに、広い分布においてはロジン・ラムラー分布により精密にモデル化できます。

統計値

粒子群を評価する際には、平均径やばらつき指標が不可欠です。算術平均径、中央径、幾何平均径など、さまざまな指標があり、対応する基準によって選択されます。特に、保健衛生工学の分野では空気動力学径に基づく質量中央値（MMAD）がよく使用されます。

参考文献

• - 化学工学会 編『化学工学』（3版）槇書店、2006年、214頁。ISBN 4-8375-0690-9。

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