粒子径とは：定義・測定法・粒度分布の基本と土壌・粉体の違い

粒子径の定義から測定法、粒度分布の基礎、土壌と粉体の違いまで図解と事例でわかりやすく解説。研究・品質管理に必携の入門ガイド。

• 粒子径（一般）は、粒子径の概念の一般的な定義を提供します。
• 粒度（粒度）は、土壌、粉体、砂利などの粒度を具体的に示しています。
• 粒子径分布

粒子径とは（定義と考え方）

粒子径は、個々の粒子の「大きさ」を表す尺度です。実際には粒子は球形でない場合が多いため、比較や測定の便宜上、しばしば等価球体径（equivalent spherical diameter）で表されます。等価球体径は、体積や面積、透過特性など目的に応じて定義されます。

粒度（granulometry / particle size）と科目ごとの使い分け

• 土壌学・地質学：粒径に基づいて砂、シルト、粘土などに分類します。分類境界は分野（国や学会）により異なり、代表的な例としては USDA（土壌分類）での区分（砂：2.0–0.05 mm、シルト：0.05–0.002 mm、粘土：<0.002 mm）や、地質学で使われる Udden–Wentworth 階級（砂の下限が約0.0625 mm）などがあります。
• 粉体工学・製造：流動性、充填特性、反応速度、触媒性などに直結するため、粒径分布を精密に評価します。微粒子（ナノメートル〜マイクロメートル）の分類も重要です。

粒子径の測定法（代表的な手法と特徴）

• ふるい分け（ふるい測定）：粗粒（数十µm以上〜mm領域）に有効。簡便で規格化された方法だが、微細粒には不向き。
• レーザー回折法（レーザー回折散乱）：広い範囲（数十nm〜数mm）で測定可能。散乱角度から粒径分布を推定するため、濡れた状態・乾燥状態での測定が可能。多峰分布の解析や高速測定が得意。
• 動的光散乱（DLS）：ナノ粒子（数nm〜数µm未満）に適する。ブラウン運動に基づくため懸濁液での測定に限定され、単分散・低濃度条件が望ましい。
• 画像解析（光学顕微鏡 / 電子顕微鏡）：個々の粒子の形状や寸法を直接観察できる。形状評価や凝集状態の確認に有効だが、統計数を揃える必要がある。
• 沈降法（ストークスの法則に基づく）：粒子の沈降速度から粒径を算出。濁度計やパイロメーターと組み合わせて使うことが多い。
• 電気抵抗法（コールターカウンター）：導電性の媒質を通る個別粒子の電気抵抗変化を測定して粒径を得る。個数分布の取得に優れる。
• 比表面積測定（BET法）：直接の「径」ではないが、比表面積から平均粒子径の推定が可能（粒子がほぼ球形であるという仮定が必要）。

粒度分布の表現（指標とグラフ）

• 累積分布（累積百分率）：粒径以下の粒子が占める体積比または質量比を示します。D10、D50（中央値）、D90などのパーセンタイルがよく使われます。例：D50 = 10 µm は総体積の50%が10 µm以下であることを意味します。
• 頻度（ヒストグラム）：粒径別の相対分布を示します。線形軸または対数軸での表示が一般的です。
• 平均値の種類：算術平均、体積平均、面積平均、数平均など測定法や目的により使い分けます。例えば光散乱では体積平均に敏感です。

土壌と粉体の違い（粒子径に関連するポイント）

• 構成・複合性：土壌は鉱物粒子に有機物、粘土鉱物の凝集、空隙や水分が混在するため、単純な「粒径」だけで性質を説明しにくい。一方、工業用粉体は製造条件で比較的一定の粒径分布や形状を持つ場合が多い。
• 凝集・吸着：粘土や有機物を含む土壌では粒子同士の凝集が強く、湿潤/乾燥状態で測定結果が大きく変わる。粉体でも静電気や表面エネルギーで凝集しやすい。
• 用途と許容範囲：土壌では粒径分布が水はけ、保水性、作物適性に影響する。粉体では流動性、充填密度、反応速度、溶解性などが粒径に依存する。

測定時の注意点と試料調製

• 分散と凝集の管理：懸濁液で測定する場合は超音波分散や分散剤の使用で凝集を解く必要がある。逆に過度の分散は実運用条件と異なる結果を生む事がある。
• 湿潤・乾燥の影響：湿潤状態と乾燥状態で粒子間相互作用が変わるため、測定条件を用途に合わせて選ぶ。
• 代表性の確保：試料量、採取位置、前処理により結果が変わることがある。多数回の測定と平均化、適切なサンプリングが重要。
• 形状の影響：長細い、薄い、凸凹のある粒子は「径」だけでは特性を表現しきれない。画像解析などで形状指標（アスペクト比、円形度）を併用する。

単位と表現

粒子径は通常、ミリメートル（mm）、マイクロメートル（µm）、ナノメートル（nm）で表されます。微粒子の評価では対数表示（logスケール）で分布を示すことが多く、D値（D10, D50, D90）や平均値、分散係数などの数値指標を併記します。

代表的な用途例

• 農業・土壌改良：保水性、透水性、耕作性の評価
• 製薬：溶出速度や生体利用率、吸入粉末の粒子設計
• 化粧品・食品：触感、口当たり、安定性
• セラミックス・金属粉末：焼結性、密度、強度の制御
• 環境工学：懸濁物質の挙動、沈降速度の推定

まとめ（実務的なチェックリスト）

• 目的に応じた測定法を選ぶ（粗粒はふるい、ナノ粒子はDLS など）。
• 測定条件（湿潤/乾燥、分散方法）を明記する。
• D値（D10/D50/D90）や分布グラフで全体像を把握する。
• 形状・凝集状態・比表面積など粒径以外の指標も考慮する。

質問と回答

Q:粒子径（一般）とは何ですか?

Q: 粒子径（粒径）とは何を指すのでしょうか?

Q:粒度分布の概念には何が含まれますか?

Q: 粒子径はどのように測定するのですか?

Q: 一般的に、どのような物質の粒子径を測定するのですか?

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