Anwendung neuer Techniken zur Partikelgrößenanalyse in Boden und Geologie

Die Partikelgrößenverteilung von Sedimenten gibt Aufschluss über deren Ablagerungsumgebung und wird maßgeblich durch Transportprozesse beeinflusst. Der BeVision D2 ermöglicht die effektive Messung von Partikelgröße, Aspektverhältnis und Rundheit sowie die Erfassung von Einzelpartikelbildern und erfüllt damit die vielfältigen Anforderungen der Boden- und Sedimentanalyse.

 

Produkt	BeVision D2
Industrie	EnvUmweltanalytik
Probe	Boden und Sediment
Messart	Partikelgröße, Partikelform
Messtechnologie	Bildanalyse

 

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• 1. Definition der Partikelgröße
• 2. Techniken und Methoden zur Partikelgrößenanalyse von Bodenproben und geologischen Proben
• 3. Anwendungen der Partikelgrößenanalyse

 

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1. Definition der Partikelgröße 

 

Definition der Partikelgröße

 

Die Partikelgröße wird oft als durchschnittlicher Durchmesser der Partikel angegeben. Der Partikeldurchmesser kann ganz unterschiedliche physikalische Bedeutungen haben. In der Sedimentologie gibt es die folgenden fünf Definitionen für Partikel:

 

(1) Siebdurchmesser: Die kleinste quadratische Maschenweite, durch die ein Partikel passieren kann ^[1].

 

(2) Stokes-Durchmesser: Der äquivalente Durchmesser einer Kugel, die in einem Fluid gleicher Dichte und Viskosität unter laminaren Strömungsbedingungen die gleiche End-Sedimentationsgeschwindigkeit besitzt wie das betrachtete Partikel ^[4].

 

(3) Scheinbarer Durchmesser: Der aus einer bestimmten Betrachtungsrichtung gemessene Durchmesser eines Partikels, üblicherweise der größte oder kleinste Durchmesser.

 

(4) Volumenäquivalenter Kugeldurchmesser: Der Durchmesser einer homogenen Kugel mit demselben Volumen wie das gemessene Partikel. Die mittels Laserbeugung bestimmte Partikelgröße entspricht diesem volumenäquivalenten Kugeldurchmesser.

2. Techniken und Methoden zur Partikelgrößenanalyse von Bodenproben und geologischen Proben 

 

(1) Siebmethode: Die Siebmethode ist das wichtigste Verfahren zur Analyse von Feinkies- und Sandfraktionen. In der Regel werden etwa 50 g der Probe ca. 10 Minuten auf einem Siebschüttler gesiebt, anschließend erfolgt die Klassierung und Wägung. Diese Methode ist einfach durchzuführen, eignet sie sich nicht für die Analyse von Schluff- und Tonpartikeln.

 

(2) Laserbeugungsmethode: Die Laserbeugung ist eine effiziente und präzise Methode zur Bestimmung der Partikelgröße und wurde in den 1970er-Jahren entwickelt. Sie zeichnet sich durch hohe Genauigkeit, schnelle Messgeschwindigkeit und einfache Durchführung aus  ^[2].

 

 

(3) Bildanalysemethode : Bei der Bildanalyse werden Bilder der Partikel unter dem Mikroskop aufgenommen und an einen Computer übertragen, wo die zweidimensionale Bildauswertung erfolgt. Mit den Fortschritten in der Bildgebungstechnologie findet dieses Verfahren zunehmend Anwendung in der Boden- und geologischen Partikelanalyse.

 

(4) Kombinierte Methode : Bei Bodenproben mit breiter Partikelgrößenverteilung wird häufig eine Kombination aus Siebung und Laserbeugung eingesetzt. Der finale Partikelgrößenverteilungsbericht wird mithilfe spezialisierter Software erstellt. In der beigefügten Tabelle ist ein Analysebericht zur Partikelgröße klastischer Gesteine dargestellt. Dieser kombiniert die Ergebnisse der Siebmethode und eines Bettersize-Partikelgrößenmessgerätes.

 

 

3. Anwendungen der Partikelgrößenanalyse 

 

Die Partikelgrößenverteilung von Sedimenten wird hauptsächlich durch Transportmedium, Transportmechanismus und Ablagerungsumgebung beeinflusst. Durch die Analyse der Partikelgrößenverteilung lassen sich daher Rückschlüsse auf die Ablagerungsbedingungen ziehen. Sedimente werden je nach Transportmechanismus in Schwebfracht, Saltationsfracht und Geschiebefracht unterteilt. Die Partikelgröße der Schwebfracht liegt in der Regel unter 0,1 mm. Die Saltationsfracht besteht aus Sandpartikeln nahe dem Flussbett mit Korngrößen zwischen 0,15 mm und 1,0 mm. Die Geschiebefracht umfasst grobe Partikel, die am Flussboden gleiten oder rollen, typischerweise mit Korngrößen über 1 mm. Die Partikelgrößenverteilung spiegelt Materialquelle, hydrodynamische Bedingungen des Ablagerungsraums, Transportkapazität und Transportwege wider. Auf Basis der Partikelgrößenanalyse können Sedimente klassifiziert und benannt werden, während die Verteilungsmerkmale zur Bestimmung der hydrodynamischen Bedingungen des Sedimentationsmilieus genutzt werden können ^[3].

 

Die von Bettersize Instruments entwickelten Laserbeugungs-Partikelgrößenmessgeräte zeichnen sich durch hohe Messgenauigkeit, einen großen Messbereich, einfache Bedienung und kurze Messzeiten aus. Die Bildanalysegeräte zur Partikelgrößen- und -formanalyse ermöglichen zusätzlich die Bestimmung von Aspektverhältnis, Rundheit und weiteren Parametern sowie die Speicherung von Einzelpartikelbildern zur detaillierten Analyse – ideal für die vielfältigen Anforderungen der Boden- und Sedimentanalyse.

 

BeVision D2 Bildanalysator für Partikelgröße und Partikelform

 

 

References

 

[1] Liu Yifeng. Analysis and Application of Sedimentary Rock Granularity. Laboratory of Sedimentary Rock, Chengdu University of Geology, 1981, 21~23

 

[2] Northern Shaanxi Team, Chengdu University of Geology. Sediment (rock) grain size analysis and its application [M]. Beijing: Geological Publishing House, 1978

 

[3] Jiang Mingli. Granularity Analysis and Geological Application. Journal of Oil and Gas Technology [J]. 2009, 31 (1), 161-163

 

[4] W. Pabst / E. Gregorová. Characterization of Particles and Particle Systems. 2007, 2~3

 

 

 

About the Authors

Application Engineers @ Bettersize Instruments

 

BeVision D2   The BeVision D2 provides an efficient solution to the size and shape analysis of dry, high-flowability powders or granules. ● Measurement range: 30 - 10,000 µm ● 24 different particle size and shape parameters ● High sample throughput: Measure 10,000 particles within 3 minutes ● Outstanding reproducibility ● Results in compliance with ISO 9276-6   Learn more