粒の大きさを分別!粒度分布測定装置の原型はふるい?なぜ粒の大きさを見分けることが重要なのか?

お米一粒の大きさは約3ミリ、ゴマは約1ミリ、では小麦粉は?

普段の生活の中ではまず気にすることの無い、小麦粉の粒子の大きさを懸命に見分け分類している測定器があります。それが今回ご紹介する「粒度分布測定装置」です。

お米やゴマなどのように、目視で分類できるサイズの物はもちろん、目では見ることのできないナノレベルの粒子を見分け、観察することのできるこの測定器。いったいどのような現場で活躍してるのでしょうか?

粒度分布測定装置とはどのような装置なのか?

まずは、粒度分布測定装置の仕組みについてご紹介します。一言に粒度分布測定と言ってもその手法は多岐に渡ります。もっとも簡単な装置としては古来から使用されている「ふるい」と呼ばれる笊状の選別装置も、広義では「粒度分布測定装置」と呼べるものです。

粒度分布測定とは、観察対象の中にある様々な大きさの粒子を観察し、そこに含まれる粒子の大きさの違いを割合等で示すための装置です。

例えば、産地の違うコシヒカリの等級を決める場合、基準となる大きさの米粒がいったいどの程度の割合で含まれているかなどを観察することで、そのお米の等級を決める基準として利用したりしています。

他にも次のような場面で、粒度分布測定装置が活躍しています。

大気の状態を観察し、汚染の状況を確認する

身近な粒度分布測定と言えば、大気中の有害物質の検出ではないでしょうか?

最近ではニュースや天気予報で耳にする機会の多い「PM2.5」ですが、これは大気に含まれる一定の大きさの有害物質の粒子をサイズによって分類したものです。

大気汚染物質の場合は、粒度分布測定器と科学的な物質解析を組み合わせた「環境測定器」といった装置が全国各地に配置されています。

小麦粉の粒度を観察し、目標の粘りや腰をもった麺を開発

冒頭にもあった小麦粉の粒子を観察し、その小麦粉がどのような性質を持っているかを科学的に解析、食感やコシにこだわった面の開発などにも、粒度分布測定装置は活躍しています。

小麦粉は粒子の比較的大きい強力粉と粒子の小さい薄力粉に分類されます。その粒子の違う小麦粉がどの程度の割合で混在しているのかを把握することで、その小麦粉の持つ特性を事前に把握することが可能です。

ナノレベルのインクの粒子を観察し、より鮮明な印刷を可能にする

プリンターなどに使われているインクは、近年のデジタル写真プリントの需要に対応すべく日々進化を遂げています。

プリンターのインクの粒子は目では見ることができないほど、小さな粒子です。しかし、そのナノレベルの大きさの違いが印刷の品質に大きくかかわることから、開発の段階では粒度の違うインクの素材を複数組み合わせるなどの、気の遠くなるような作業が必要です。

そんな場面でも、粒度分布測定装置は活躍しています。

粒度分布測定装置の原理の違いは?

様々な場面で活躍する「粒度分布測定装置」ですが、その活躍の場や求められる精度によって観察の方式は様々にあります。

ここでは粒度の観察方法の違いに注目して見たいと思います。

様々な粒度観察方法

粒度分布を観察する方法としては、代表的なものが上の表の4種類となります。それぞに特徴や向き不向きがあり、対象となる試験体の特性によって使い分けるのが一般的です。

特にレーザーや遠心沈下法はより細かな粒度を観察できる手法として、近年のナノレベルの粒度観察では主力の観察手法として浸透しています。

また、粒度分布の観察には次のような特徴もあり、注意が必要です。

粒度観察の方法が違えば、結果を直接的に比較することは難しい

粒度の分布を観察するためには、その粒子がいったいどの程度の大きさのものなのかを先に定義する必要があります。その大きさの定義は通常、観察対処を「球」と捉えた場合の大きさを基に定義されます。

観察の方法が違えは、事前の定義の内容も異なってしまうため観察方法の違う試験結果を直接的に比較するのはナンセンスです。

詳しい説明は下記のリンクに譲りますが、この問題が粒度分布解析ではしばしば問題として提起されます。

関連リンク:https://www.an.shimadzu.co.jp/powder/lecture/practice/p01/lesson02.htm

色々な粒度分布測定装置

最後に国内で販売されている、様々な粒度分布測定装置のうち特徴的な装置をいくつかご紹介します。

ベックマン・コールター 「LS 13 320」

解析装置メーカーとして世界中で使用されているベックマンコールターの製品です。

従来のレーザ回折・散乱法の概念を覆す次世代のレーザ回折・散乱法粒度分布測定装置です。測定に要する時間も数秒で、比較的簡単に様々な検体を観察できます。

測定できるレンジの広さが特徴!マルバーン製粒度解析機

 

これ一台でナノレベルの解析から、目視で確認できるレベルの大きさ粒度までを観察することが可能です。

軽量・コンパクトで持ち運びにも便利な小型解析機です。

まとめ

いかがでしたか?粒度を見分けることの重要性が少しは伝わったのではないでしょうか?

粒度解析は近年、その精度が大幅に向上し様々な分野で使用されています。機械があればぜひ一度関連サイトを覗いてみてください。

 

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ライタープロフィール
シバ

広島県出身の41歳。現在は製造業で管理職の傍ら執筆活動を行っている。実は調理師出身という経歴の持ち主。得意分野は工業系の専門分野からアウトドアクッキングまで幅広く対応可能。

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