ما هي طريقة الغربلة لتحديد حجم الجسيمات؟ دليل للتحليل البسيط والفعال من حيث التكلفة

في جوهرها، يعد تحليل الغربلة تقنية مباشرة وشائعة الاستخدام لتحديد توزيع حجم الجسيمات لمادة حبيبية. تعمل الطريقة عن طريق تمرير عينة عبر مجموعة من المناخل ذات فتحات شبكية أصغر تدريجياً، ثم وزن كمية المادة المتبقية على كل منخل. هذه العملية تفرز الجسيمات بفعالية حسب الحجم.

يوفر تحليل الغربلة طريقة فعالة من حيث التكلفة وقوية لقياس حجم الجسيمات، ولكن نتائجه تكون أكثر أهمية للجسيمات الكروية نسبياً ضمن نطاق حجم معين. إن فهم مبادئ تشغيله وقيوده أمر بالغ الأهمية للتفسير الدقيق.

المبدأ الأساسي: كيف يعمل تحليل الغربلة

يعمل تحليل الغربلة، المعروف أيضاً باسم اختبار التدرج، على المبدأ الميكانيكي البسيط للفصل. يتم تعريض عينة موزونة مسبقاً للتحريك، مما يسمح للجسيمات بالمرور عبر سلسلة من الشاشات حتى يتم احتجازها بواسطة شبكة تكون صغيرة جداً بحيث لا يمكنها المرور من خلالها.

مجموعة المناخل: تسلسل هرمي للشبكات

الأداة الأساسية هي مجموعة المناخل (sieve stack)، وهي عمود من المناخل المتداخلة. يحتوي المنخل الموجود في الأعلى على أكبر فتحات للشبكة، ويحتوي كل منخل تالٍ نزولاً في المجموعة على فتحات أصغر تدريجياً. يتم وضع وعاء صلب في الأسفل تماماً لتجميع أدق الجسيمات.

كل منخل هو شاشة شبكية سلكية أو لوحة مثقبة ذات فتحات موحدة لحجم معين. يتم توحيد حجم هذه الفتحات، والمعروف باسم حجم الشبكة (mesh size).

عملية التحريك: ضمان مرور الجسيمات

إن مجرد وضع المادة على المنخل ليس كافياً. يتم وضع مجموعة المناخل بأكملها في هزاز ميكانيكي (mechanical shaker). يقوم هذا الجهاز بتحريك المجموعة، عادةً بمزيج من النقر العمودي والحركة الدائرية الأفقية.

تخدم هذه الحركة غرضين: فهي تكسر أي كتل متكتلة وتعطي كل جسيم فرصاً متعددة للعثور على فتحة يمكنه المرور من خلالها. تعد مدة وشدة الهز معلمات حاسمة يجب توحيدها للحصول على نتائج قابلة للتكرار.

القياس: وزن الكسور المتبقية

بعد اكتمال عملية الهز، يتم تفكيك المجموعة. يتم جمع ووزن المادة المتبقية على كل منخل فردي بعناية. يجب أن يكون مجموع الأوزان على كل منخل بالإضافة إلى الوزن في الوعاء السفلي قريباً جداً من وزن العينة الأولي.

يشكل هذا التجميع للأوزان البيانات الأولية لتحليل توزيع حجم الجسيمات.

تفسير النتائج: من البيانات الأولية إلى التوزيع

يتم تحويل بيانات الوزن الأولية إلى توزيع لحجم الجسيمات، مما يوفر رؤية شاملة للبنية الحبيبية للمادة.

حساب النسبة المئوية الوزنية

لكل منخل، يتم التعبير عن وزن المادة المتبقية كنسبة مئوية من إجمالي وزن العينة الأولي. يمنحك هذا النسبة المئوية للجسيمات التي تقع ضمن نطاق الحجم بين هذا المنخل والمنخل الذي يعلوه مباشرة.

منحنى التوزيع التراكمي

الطريقة الأكثر شيوعاً لتقديم النتائج هي باستخدام منحنى التوزيع التراكمي (cumulative distribution curve). يرسم هذا الرسم البياني حجم الجسيمات (على المحور السيني، عادةً لوغاريتمي) مقابل النسبة المئوية التراكمية للجسيمات التي هي أصغر من ذلك الحجم (على المحور الصادي).

يوفر منحنى "النسبة المئوية المارة" أو "النسبة المئوية الأنعم" هذا ملخصاً بصرياً فورياً لتدرج المادة، ويوضح ما إذا كانت خشنة أو ناعمة أو متدرجة جيداً (تحتوي على مجموعة واسعة من الأحجام).

المقاييس الرئيسية: D10 و D50 و D90

من المنحنى التراكمي، يتم استخلاص عدة مقاييس رئيسية لتلخيص التوزيع بأرقام فردية:

• D50 (الوسيط): حجم الجسيمات الذي تكون عنده 50% من العينة (حسب الوزن) أصغر. يمثل النقطة المركزية للتوزيع.
• D10 (الحجم الفعال): حجم الجسيمات الذي تكون عنده 10% من العينة أصغر. غالباً ما يستخدم هذا في الهندسة الجيوتقنية لتقدير الموصلية الهيدروليكية.
• D90: حجم الجسيمات الذي تكون عنده 90% من العينة أصغر. تشير هذه القيمة إلى حجم الجسيمات الأكثر خشونة في العينة.

فهم المفاضلات

على الرغم من قوته، فإن تحليل الغربلة ليس حلاً شاملاً. يتم تحديد فائدته من خلال المزايا الواضحة والقيود الكبيرة.

المزايا الرئيسية: البساطة والفعالية من حيث التكلفة

يعد تحليل الغربلة أحد أقل طرق تحديد حجم الجسيمات تكلفة وأسهلها أداءً. المعدات قوية، والإجراء بسيط، ويوفر بيانات موثوقة للعديد من تطبيقات مراقبة الجودة، خاصة في صناعات مثل مواد البناء والتعدين وإنتاج الأغذية.

القيود الرئيسية: افتراض الكروية

أحد نقاط الضعف الحرجة هو أن الغربلة لا تقيس القطر الحقيقي للجسيم. يمكن لجسيم طويل يشبه الإبرة أن يمر عبر فتحة الشبكة من طرفه، لذا فإن "قطر الغربلة" الخاص به يتوافق مع بُعده الثاني الأكبر، وليس أطول أبعاده.

هذا يعني أنه بالنسبة للجسيمات غير الكروية (مثل الرقائق أو الإبر أو القضبان)، يمكن أن تكون النتائج مضللة إذا لم يتم تفسيرها بحذر. الغربلة هي الأنسب للجسيمات المتساوية المحاور تقريباً أو الكروية.

نطاق الحجم العملي

تكون الغربلة أكثر فعالية للجسيمات الأكبر من حوالي 38 ميكرومتر (ميكرومتر)، وهو ما يتوافق مع منخل رقم 400. تحت هذا الحجم، تسبب القوى الكهروستاتيكية والتلاصقية في تكتل الجسيمات الدقيقة، مما يمنعها من المرور عبر الشبكة بفعالية.

بالنسبة للمساحيق والمواد النانوية الأكثر نعومة، هناك حاجة إلى طرق بديلة مثل حيود الليزر (laser diffraction) أو تشتت الضوء الديناميكي (DLS).

المزالق الشائعة: انسداد الشبكة والتحميل الزائد

يمكن لخطأين تشغيليين شائعين أن يبطلا النتائج:

• انسداد المنخل (Sieve Blinding): يحدث عندما تعلق الجسيمات في فتحات الشبكة، مما يمنع الجسيمات الأخرى من المرور. هذا شائع مع الجسيمات ذات الحجم القريب.
• تحميل المنخل الزائد (Sieve Overloading): يحدث عندما يتم وضع الكثير من العينة على منخل، مما يمنع الجسيمات من الوصول إلى سطح الشبكة.

اتخاذ القرار الصحيح لتطبيقك

يعتمد اختيار طريقة تحليل الجسيمات المناسبة كلياً على المادة والهدف الذي تسعى إليه.

• إذا كان تركيزك الأساسي هو مراقبة الجودة الروتينية للمواد الحبيبية الخشنة (مثل الرمل أو الحبوب أو كريات البلاستيك): يعد تحليل الغربلة خياراً ممتازاً وفعالاً من حيث التكلفة وموثوقاً به.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو تحليل المساحيق الدقيقة أو الأصباغ أو المستحلبات (أقل من حوالي 40 ميكرومتر): يجب عليك استخدام طريقة بديلة مثل حيود الليزر للحصول على نتائج دقيقة.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو فهم الشكل والحجم الحقيقي للجسيمات غير الكروية: يجب استكمال تحليل الغربلة بتقنية حساسة للشكل مثل التحليل الآلي للصور أو المجهر.

في نهاية المطاف، يعد فهم المبادئ الأساسية والقيود المتأصلة في تحليل الغربلة هو المفتاح لتوليد بيانات يمكنك الوثوق بها.

جدول ملخص:

الجانب	الوصف
المبدأ	الفصل الميكانيكي للجسيمات حسب الحجم باستخدام مجموعة من المناخل ذات فتحات شبكية أصغر تدريجياً.
الأفضل لـ	المواد الحبيبية ذات الجسيمات الكروية نسبياً، عادةً أكبر من 38 ميكرومتر (مثل الرمل، والمواد المجمعة، والحبوب).
المقاييس الرئيسية	D10، D50 (الوسيط)، D90 - أحجام الجسيمات التي تكون عندها 10%، 50%، و 90% من العينة أنعم.
القيود الرئيسية	يفترض كروية الجسيمات؛ أقل دقة للرقائق أو الإبر أو المساحيق الناعمة جداً (< 38 ميكرومتر).

هل تحتاج إلى بيانات دقيقة لحجم الجسيمات لموادك؟

تتخصص KINTEK في معدات المختبرات عالية الجودة، بما في ذلك هزازات المناخل القوية ومناخل الاختبار، لضمان دقة نتائج تحليل الجسيمات وقابليتها للتكرار. سواء كنت في مجال مراقبة الجودة لمواد البناء أو التعدين أو إنتاج الأغذية، فإن حلولنا مصممة للموثوقية وسهولة الاستخدام.

دعنا نساعدك في تحقيق نتائج موثوقة. اتصل بخبرائنا اليوم لمناقشة حل تحديد حجم الجسيمات المثالي لاحتياجات مختبرك المحددة.