相当径とは？

測定される粒子の形状は、ほとんどの場合不規則であり、異なる測定方法を使用する際のデータ、統計、分析のコミュニケーションには不利です。完全に球形で非多孔性、滑らかで帯電していない単分散粒子のみが、すべての技術で同じ結果をもたらします。したがって、相当径の概念が導入されました。

相当径とは？

不規則な形状の粒子の相当径とは、物理的、光学的、または電気的性質が粒子と同じになる球の直径を指します。この概念は、さまざまな測定技術によって得られる結果を統一するために重要です。

代表的な相当径の例

ふるい相当径（Sieve-equivalent diameter）

ふるい相当径は、特定目開きのふるいを通過する球の直径です。球体の場合、S1の直径はふるい相当径と同じになります。しかし、粒子が完全に球形でない場合、粒子の向きがふるい相当径に大きな影響を与えることがあります。以下に示すように、異なる落下方向によってふるい相当径が変化します。

• 球形粒子: 球形の粒子は、どの向きで落下してもふるい相当径は一定です。
• 非球形粒子: 例えば、長細い形状の粒子や平坦な粒子は、落下時の向きによってふるい相当径が異なります。これは、粒子がふるいの目開きを通過する際に、粒子の最も広い部分が影響を与えるためです。

投影面積円相当径（Area-equivalent diameter）: 

投影面積円相当径は、画像解析技術で広く使用されます。この技術では、粒子の画像がランダムな方向で取得され、粒子の向きや形状に基づいて異なる投影面積円相当径が得られます。たとえば、画像上で長方形や円の形をした粒子も、投影された面積に基づいて等価な球体として扱われます。規則な粒子形状やランダムな向きでの投影により、同じ粒子でも異なる投影面積円相当径が得られる可能性があります。しかし、測定回数を増やし、大量のデータを平均化することで、偶発的な誤差の影響を低減することが可能です。

等体積球相当径（Volume-equivalent diameter）: 

 等体積球相当径とは、不規則な形状を持つ粒子に対して、その粒子が持つ体積と同じ体積を持つ仮想的な球の直径を指します。すなわち、粒子の形状が不規則であっても、その粒子と同じ体積を持つ球の直径で粒子を表すことで、粒子径の測定や比較を簡便に行うための概念です。

この等体積球相当径は、特にレーザー回折・散乱法という粒子径分析手法において、粒子が与える光の散乱パターンを基に計算され、粒子の大きさを一つの基準で定量化するのに役立ちます。この方法は、粒子の形状が異なる場合でも、一貫した比較が可能です。

ストークス径（Stokes diameter）:

 ストークス径とは、粒子の密度と沈降速度がその粒子と同じである仮想的な球の直径を指します。ストークス径は「等価球沈降径」とも呼ばれ、粒子が流体中で重力や遠心力の影響を受けて沈降する速度に基づいて算出されます。特に、重力や遠心沈降に基づく粒子サイズ分析が行われる際には、ストークス径が好まれて使用されます。この径を用いることで、沈降速度が異なる粒子を比較する際に、その違いを反映した統一的な直径で表すことができ、粒子の性質を正確に評価するために役立ちます。

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