Micromeritics SediGraph는 알려진 점도 및 밀도의 액체를 통한 입자의 침전을 기반으로 재료에 대한 입자 크기 분포 분석을 제공하도록 설계되었습니다. 스토크의 법칙은 침전 입자의 최종 속도 또는 침전 속도 v에서 침전 입자의 등가 구경을 결정하는 데 사용됩니다. 속도는 입자가 침전된 최대 거리 h와 분석 경과 시간 t를 기반으로 합니다. 현탁 액체의 알려진 밀도, ρo 및 점도 η와 침전 입자의 겉보기 골밀도, ρ는 분석 시작 시 제공됩니다. 중력에 의한 가속도, 상수 g는 나머지 계산 매개변수입니다. 따라서 입자 직경 dp에 대해 SediGraph로 구현된 스토크스 법칙은 방정식 (1)로 풀이됩니다.
스토크스는 천천히 움직이는 입자의 경우 항력 계수가 입자 속도와 본질적으로 독립적이라는 것을 보여주었습니다. 일반적으로 레이놀즈 수가 낮은 층류 영역 내에서 속도와 함께 움직이는 입자의 경우, 방정식 (2)에 주어진 것처럼 Re ≤ 0.3에 적용 가능한 이 가정은 잘 유지되며 불확실성이 3% 미만인 계산된 입자 지름을 산출할 수 있습니다.
입자 속도는 입자 직경의 제곱에 따라 증가하므로 레이놀즈 수는 입자 직경의 세제곱에 따라 증가한다는 점에 유의하세요. 따라서 가장 빠른 속도로 침전되는 입자가 샘플에 존재하는 가장 큰 입자가 됩니다. 시료에 존재하는 모든 입자가 레이놀즈 수 0.3 미만으로, 즉 원하는 층류 영역 내에서 침전되도록 하려면 가장 큰 입자의 침전 속도를 층류 영역으로 제한하기에 충분한 점도를 가진 현탁 유체가 필요합니다. 방정식 (1)과 (2)를 결합하고 레이놀즈 수를 0.3으로 제한하면 방정식 (3)을 사용하여 레이놀즈 수 0.3으로 침강하는 데 필요한 최소 점도(ηmin)를 계산하여 존재하는 가장 큰 입자(dmax) 를 지지하는 데 필요한 점도의 최소값을 계산할 수 있습니다.
점도는 센티포이즈, 입자 지름은 마이크로미터, 밀도는 그램당 입방 센티미터와 같이 일반적인 단위를 사용하는 경우 10의 거듭제곱과 같은 일부 변환 계수가 필요할 수 있습니다.
다양한 일반 재료에 대해 최대 직경이 다른 입자를 지지하는 데 필요한 최소 점도 값은 표 1에 나와 있습니다. 이 계산에서 부유 액체의 밀도는 35°C에서 물의 밀도입니다. 이러한 재료는 광범위한 입자 골격 밀도 값에 대한 값을 제공하기 위해 선택되었습니다. 이 표에서 사용된 단위는 위에서 언급한 일반적인 단위입니다. 35°C에서 물보다 점도가 높은 액체를 나타내는 최대 직경과 입자 밀도의 조합은 녹색으로 강조 표시되어 있습니다. 필요한 최소 점도가 35°C에서 물보다 낮음을 나타내는 조합은 파란색으로 강조 표시되어 있습니다. 파란색으로 강조 표시된 후자의 경우에는 물을 사용할 수 있지만, 녹색으로 강조 표시된 전자의 경우에는 글리세롤이나 자당을 첨가하는 등 물의 점도를 조절해야 한다는 점에 유의하세요.
표 2는 글리세롤 또는 자당을 첨가하여 액체 점도를 변경한 다양한 수용액에 현탁했을 때 레이놀즈 수가 0.3인 다양한 재료에 대해 가장 큰 입자를 보여줍니다. 표시된 백분율은 최종 용액의 질량 대비 첨가된 개질제의 질량, 즉 (w/w) 기준입니다.
표 3에는 표 2와 유사한 정보가 포함되어 있으며, 이번에는 현탁 매체로 일반적으로 사용되는 다양한 유기 액체에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 이들 중 일부는 점도가 매우 작기 때문에 분석 대상인 작은 입자를 적절히 현탁하는 데만 사용할 수 있습니다.
Micromeritics는 침전 입자 크기 분석을 수행할 때 SediGraph와 함께 사용할 수 있는 다양한 분산 매체를 제조합니다. 이러한 SediSperse 매체의 대부분은 유기 기반이며, 분산액을 안정화하기 위해 적절한 계면활성제가 첨가되어 있어 물에 반응하거나 물에 용해되는 물질을 분석할 때 유용합니다. 두 가지 수성 시스템인 W-11과 W-12는 분산액을 안정화하기 위해 비이온성 계면활성제를 사용합니다. 표 4에는 사용 가능한 SediSperse 매체의 일반적인 로트에서 현탁할 때 다양한 물질을 분석할 수 있는 최대 입자 크기가 나와 있습니다.
보시다시피, 현탁 매질의 점도는 SediGraph를 사용하여 침전 입자 크기 분석을 수행할 때 중요한 요소 중 하나입니다. 다양한 시료 물질에 대해 적절한 지지 점도를 얻기 위한 다양한 수단이 제공되며, 여기에는 Micromeritics에서 제조한 SediSperse 매체의 사용이 포함됩니다. 존재하는 가장 큰 입자를 지탱할 수 있는 적절한 점도를 확보하지 못하면 스토크스의 법칙을 사용하여 계산된 입자 직경에 오류가 발생할 수 있습니다.
