Phân tích cỡ hạt bằng phương pháp sàng (Sieve Analysis) – Nguyên lý, tiêu chuẩn & so sánh phương pháp
Phân tích cỡ hạt bằng phương pháp sàng (Sieve Analysis hay Gradation Test) là kỹ thuật xác định phân bố kích thước hạt của vật liệu rời bằng cách cho mẫu đi qua một chuỗi rây tiêu chuẩn có kích thước mắt rây giảm dần. Đây là phương pháp phân tích cỡ hạt lâu đời nhất, đơn giản nhất và vẫn được sử dụng rộng rãi nhất trong kiểm soát chất lượng (QC) ngành dược phẩm, thực phẩm, xi măng, khoáng sản và vật liệu xây dựng.
Bài viết này giúp bạn hiểu rõ nguyên lý hoạt động, so sánh 3 phương pháp sàng phổ biến (sàng khô, sàng ướt, air jet sieving), các tiêu chuẩn quốc tế liên quan và quy trình thực hiện chuẩn trong phòng thí nghiệm.
Nguyên lý hoạt động của Sieve Analysis
Phương pháp sàng dựa trên nguyên tắc phân loại hạt theo kích thước hình học: hạt nhỏ hơn kích thước mắt rây sẽ lọt qua, hạt lớn hơn sẽ được giữ lại trên bề mặt rây.
Quy trình cơ bản
- Chuẩn bị mẫu – Cân lượng mẫu đại diện (thường 25–500 g tùy kích thước hạt và đường kính rây)
- Chồng rây – Xếp các rây tiêu chuẩn theo thứ tự mắt rây giảm dần từ trên xuống, rây mắt lớn nhất ở trên cùng, đáy hứng (pan) ở dưới cùng
- Sàng – Đặt mẫu lên rây trên cùng, đậy nắp và tiến hành sàng bằng máy sàng rung (sieve shaker) trong thời gian quy định (thường 5–15 phút)
- Cân từng phân đoạn – Cân khối lượng hạt giữ lại trên mỗi rây và trong đáy hứng
- Tính toán – Xác định % khối lượng giữ lại (retained), % lọt qua tích lũy (cumulative passing) và vẽ đường cong phân bố cỡ hạt
Các thông số quan trọng
| Thông số | Ý nghĩa | Ví dụ |
|---|---|---|
| D10 | 10% hạt nhỏ hơn kích thước này | D10 = 45 µm |
| D50 (Median) | 50% hạt nhỏ hơn, 50% lớn hơn | D50 = 250 µm |
| D90 | 90% hạt nhỏ hơn kích thước này | D90 = 850 µm |
| Cu (Hệ số đồng nhất) | D60/D10 – Đánh giá độ đồng đều | Cu < 4: đồng nhất |
| Span | (D90 – D10) / D50 – Độ rộng phân bố | Span thấp = phân bố hẹp |
So sánh 3 phương pháp sàng: Sàng khô vs Sàng ướt vs Air Jet Sieving
| Tiêu chí | Sàng khô (Dry Sieving) | Sàng ướt (Wet Sieving) | Air Jet Sieving |
|---|---|---|---|
| Nguyên lý | Rung cơ học 3D (ngang + dọc + xoay) | Dùng nước/dung môi rửa mẫu qua rây | Dòng khí áp lực phân tán hạt trên 1 rây |
| Dải cỡ hạt | 20 µm – 125 mm | 5 µm – 4 mm | 5 µm – 2 mm |
| Loại mẫu | Bột khô, hạt rời, cốt liệu | Hạt dính, hạt nhẹ, huyền phù | Bột mịn dễ kết tụ, tĩnh điện |
| Số rây/lần | Chồng 6–12 rây | Thường 1 rây/lần | 1 rây/lần |
| Ưu điểm | Nhanh, đa phân đoạn, đơn giản | Chính xác cho hạt mịn, tránh bụi | Hiệu quả nhất cho bột siêu mịn |
| Nhược điểm | Kém chính xác < 50 µm (kết tụ) | Mẫu cần sấy lại, tiêu tốn dung môi | Chỉ 1 rây/lần, chậm nếu nhiều phân đoạn |
| Tiêu chuẩn | ASTM C136, ISO 3310-1 | ASTM C117, ISO 3310-1 | ASTM E11, ISO 8130-1 |
| Thiết bị đại diện | CISA BA200N, BA300N, BA400N | CISA RP200N | CISA AJ200N |
Khi nào chọn phương pháp nào?
- Sàng khô – Lựa chọn mặc định cho hầu hết vật liệu rời, cốt liệu xây dựng, xi măng, hóa chất dạng hạt thô (> 50 µm)
- Sàng ướt – Bắt buộc khi mẫu có xu hướng dính (bột than, bột sắt), hạt nhẹ dễ bay, hoặc khi cần kết quả chính xác cao ở vùng hạt mịn
- Air jet sieving – Tối ưu cho bột dược phẩm, bột sơn, toner, bột kim loại siêu mịn – các mẫu dễ kết tụ do tĩnh điện hoặc lực Van der Waals
Tiêu chuẩn quốc tế về rây và phân tích sàng
Tiêu chuẩn về rây (Test Sieves)
| Tiêu chuẩn | Phạm vi | Nội dung chính |
|---|---|---|
| ISO 3310-1 | Rây lưới dệt kim loại | Quy định kích thước mắt rây, dung sai, vật liệu khung và lưới cho rây Ø200mm, Ø300mm, Ø400mm |
| ISO 3310-2 | Rây lỗ đục (Perforated plate) | Rây lỗ tròn hoặc vuông trên tấm kim loại, dùng cho hạt thô > 1 mm |
| ASTM E11 | Rây dệt theo chuẩn Mỹ | Quy định mesh number (ví dụ: #200 = 75 µm), kích thước 8″ và 12″, dung sai lưới |
| ISO 565 | Chuỗi kích thước mắt rây | Xác định dãy kích thước chuẩn R20, R40 (ví dụ: 20, 25, 32, 38, 45, 53, 63, 75 µm...) |
Tiêu chuẩn về phương pháp sàng
| Tiêu chuẩn | Ngành | Nội dung |
|---|---|---|
| ASTM C136 | Xây dựng | Phân tích cỡ hạt cốt liệu mịn và thô bằng sàng khô |
| ASTM C117 | Xây dựng | Xác định hạt mịn < 75 µm bằng phương pháp sàng ướt |
| USP <786> | Dược phẩm | Phân bố cỡ hạt nguyên liệu dược bằng sàng |
| EN 196-6 | Xi măng | Xác định độ mịn xi măng bằng sàng 45 µm và 90 µm |
| ISO 8130-1 | Bột sơn | Phân tích cỡ hạt bột sơn bằng air jet sieving |
| TCVN 7572-2 | Xây dựng (VN) | Phân tích thành phần hạt cốt liệu – tương đương ASTM C136 |
Quy đổi nhanh Mesh – Micron
| Mesh # (ASTM) | Kích thước (µm) | Kích thước (mm) |
|---|---|---|
| #4 | 4750 | 4.75 |
| #10 | 2000 | 2.00 |
| #18 | 1000 | 1.00 |
| #40 | 425 | 0.425 |
| #60 | 250 | 0.250 |
| #100 | 150 | 0.150 |
| #200 | 75 | 0.075 |
| #325 | 45 | 0.045 |
| #400 | 38 | 0.038 |
Quy trình thực hiện Sieve Analysis chuẩn
Bước 1: Chuẩn bị
- Xác định tiêu chuẩn áp dụng (ASTM C136, USP <786>, EN 196-6...)
- Chọn bộ rây phù hợp – tối thiểu 6 rây theo dãy R20 hoặc R40
- Kiểm tra rây: không rách, không biến dạng, còn trong chu kỳ hiệu chuẩn
- Cân mẫu đại diện: thường 100–500 g (cốt liệu thô có thể đến 5 kg)
Bước 2: Tiến hành sàng
- Chồng rây lên máy sàng rung, đặt mẫu lên rây trên cùng
- Cài đặt thời gian sàng: 5–15 phút (tùy tiêu chuẩn và loại mẫu)
- Cài biên độ rung phù hợp: rung mạnh cho hạt thô, rung nhẹ cho bột mịn
Bước 3: Thu kết quả
- Cân khối lượng giữ lại trên từng rây (m₁, m₂, ... mₙ) và đáy hứng
- Kiểm tra tổn thất khối lượng: tổng các phân đoạn phải đạt ≥ 99% khối lượng ban đầu
Bước 4: Tính toán & báo cáo
- % Retained = (mᵢ / M₀) × 100
- % Cumulative Retained = Σ % Retained từ rây lớn nhất đến rây đang xét
- % Passing = 100 – % Cumulative Retained
- Vẽ đường cong phân bố cỡ hạt trên đồ thị bán logarit
- Xác định D10, D50, D90 từ đường cong
Giới hạn của phương pháp sàng và phương pháp bổ sung
Giới hạn
- Giới hạn dưới ~20 µm – Hạt mịn hơn 20 µm rất khó sàng do kết tụ, tĩnh điện và lực bề mặt
- Hình dạng hạt – Sàng đo kích thước theo chiều nhỏ nhất, không phản ánh hình dạng (hạt dẹt, hạt kim)
- Mẫu ẩm – Hạt ẩm dễ bám vào lưới, cho kết quả sai lệch
- Số phân đoạn hạn chế – Tối đa 12–15 rây/lần, không cho phân bố liên tục
Khi nào cần phương pháp khác?
| Phương pháp | Dải đo | Ưu điểm so với sàng |
|---|---|---|
| Laser Diffraction | 0.01 – 3500 µm | Nhanh, tự động, phân bố liên tục, đo được hạt siêu mịn |
| Dynamic Image Analysis | 1 µm – 30 mm | Đo cả kích thước lẫn hình dạng hạt |
| Sedimentation (Stokes) | 0.1 – 300 µm | Đo hạt rất mịn trong dung dịch |
Tuy nhiên, phương pháp sàng vẫn là phương pháp tham chiếu (reference method) trong nhiều tiêu chuẩn quốc tế nhờ tính đơn giản, chi phí thấp và kết quả dễ tái lập.
Thiết bị phân tích cỡ hạt bằng sàng tại HTVLAB
HTVLAB phân phối chính hãng thiết bị CISA Sieving Technologies (Tây Ban Nha, thành lập 1899) – thương hiệu hàng đầu thế giới về máy sàng phân tích và rây chuẩn.
Máy sàng rây
- CISA BA200N Compact – Máy sàng rung điện từ nhỏ gọn
- CISA BA300N Silent – Máy sàng siêu êm
- CISA BA400N Large Format – Máy sàng cỡ lớn Ø300–450mm
- CISA RP200N Silent – Sàng rung êm Ø200mm
- CISA AJ200N Air Jet Sifter – Máy sàng khí nén cho bột siêu mịn
👉 Xem tổng quan: Máy sàng rây CISA – So sánh 5 model
Rây chuẩn phân tích
- Rây chuẩn CISA Certified Analytic Sieves – ISO 3310 & ASTM E11, 8 kích thước từ Ø100mm đến Ø400mm
👉 Xem danh mục phụ kiện sàng rây
Tư vấn giải pháp phân tích cỡ hạt cho phòng thí nghiệm
HTVLAB cung cấp máy sàng rây, rây chuẩn CISA chính hãng và dịch vụ hiệu chuẩn rây theo ISO 17025. Liên hệ để được tư vấn bộ rây phù hợp tiêu chuẩn ngành của bạn.
Hotline: 0909.860.489
Email: Sales@htvsci.com