粉砕のための主要な実験器具はミルであり、特定のタイプ（ボールミル、振動ミル、またはカッティングミルなど）は、サンプルの特性と目的の最終粒子サイズに基づいて選択されます。単純な小規模な作業には、手動の乳鉢と乳棒も一般的に使用されます。
中心的な課題は、「粉砕機」を見つけることではなく、正しい粉砕機構を選択することです。選択は、ツールの作用（破砕、切断、または微粉化）をサンプル材料の物理的特性に合わせるかどうかに完全に依存します。
実験室での粉砕の原理
粉砕、または粉砕（comminution）は、サンプル調製の重要なステップです。目標は、固体サンプルのサイズを減らし、均質な微粉末を作成することです。これにより表面積が増加し、その後の化学反応、溶解、または機器分析に不可欠となります。
手動粉砕：乳鉢と乳棒
最も基本的な粉砕ツールは、乳鉢（ボウル）と乳棒（グラインダー）です。これは、圧力をかけたり摩擦を加えたりして、サンプルを破砕および混合することで機能します。
この方法は、正確な制御が必要で自動化が不要な少量のサンプルに最適です。汚染を最小限に抑えるために、乳鉢と乳棒の材料（例：めのう、磁器、ジルコニア）はサンプルよりも硬いものが選ばれます。
機械的粉砕：ラボ用ミル
自動化、より高いエネルギー、およびより一貫した結果を得るために、研究所はさまざまな機械式ミルに依存しています。これらの装置は、粒子サイズの減少を達成するために異なる物理的な力を使用します。
適切なラボ用ミルの選択方法
必要なミルの種類は、出発材料の特性によって決まります。ミルは万能ではありません。間違ったものを使用すると、サンプルや装置を損傷する可能性があります。
硬い、脆い、または結晶質の材料の場合
岩石、鉱物、セラミック、ガラスなどの材料には、高エネルギーの衝撃と摩擦が必要です。
ボールミル（プラネタリーミルを含む）が標準的な選択肢です。サンプルは粉砕ボールと一緒にジャーに入れられます。ジャーが回転またはプラネタリー運動をすると、ボールが連鎖的に衝突し、それらの間で材料を粉砕して非常に細かい粉末にします。
中程度の硬さおよび繊維質の材料の場合
硬いが極端に硬くない材料は、高周波の動きで処理されることがよくあります。
振動ミル（またはスイングミル）は、強力な電磁駆動を使用して粉砕ジャーを振動させます。ジャーには通常、パケットとリング、または複数のボールが含まれています。高速の衝撃がサンプルを急速に微粉化し、X線蛍光（XRF）分析用のサンプル調製によく使用されるツールです。
柔らかい、弾力性のある、または繊維質の材料の場合
植物組織、ポリマー、木材、プラスチックなどの材料は、衝撃で砕けず、変形したり、べたついたりします。これらには、切断またはせん断作用が必要です。
カッティングミルおよびナイフミルは、高速ブレンダーのように機能します。鋭い刃を持つローターが、固定されたナイフに対して材料を切断し、破砕するのではなく効果的に刻みます。
初期の粗粉砕の場合
大きくてかさばる材料から始める場合、微粉砕の前に予備的な破砕ステップが必要になることがよくあります。
ジョークラッシャーは、この予備破砕に使用されます。1つは固定され、もう1つは動く2つの顎が、大きな岩石やその他の硬い材料を圧縮し、取り扱いやすい粗い砂利に破砕します。
トレードオフの理解
粉砕方法の選択には、最終的な粉末が分析に適していることを保証するために、いくつかの重要な要素のバランスを取ることが含まれます。
最終粒子サイズ 対 時間
より小さな粒子サイズを達成するには、より多くのエネルギーとより長い粉砕時間が必要です。過剰な粉砕は、サンプルの熱分解や結晶構造の望ましくない変化を引き起こす可能性があり、時には有害になることがあります。
サンプル汚染のリスク
粉砕プロセスには、粉砕ツール自体からの汚染のリスクが本質的に伴います。粉砕ジャーやボールの材料（例：硬化鋼、超硬タングステン、めのう、ジルコニア）は、望ましくない元素がサンプルに溶出するのを最小限に抑えるために慎重に選択する必要があります。
湿式粉砕 対 乾式粉砕
ほとんどの粉砕は乾式で行われます。しかし、用途によっては、湿式粉砕（水やエタノールなどの液体を加える）が熱を放散させ、サンプルの固着を防ぎ、より細かい粒子サイズをもたらすのに役立ちます。この決定は、サンプルとそれに続く分析に完全に依存します。
サンプルに最適な選択を行う
- 硬くて脆い材料（岩石、セラミック）を微粉末分析用に調製することが主な焦点である場合： プラネタリーボールミルまたは振動スイングミルが最も効果的なツールです。
- 柔らかい有機物または弾性のあるサンプル（植物組織、ポリマー）の処理が主な焦点である場合： べたつかせずに適切なサイズに減少させるためには、カッティングミルまたはナイフミルが不可欠です。
- 非常に硬い材料の大きくて粗い塊を分解することが主な焦点である場合： より微細なミルに進む前の必要な最初のステップはジョークラッシャーです。
- 最大の制御と最小限の熱で、小さくて繊細なサンプルを粉砕することが主な焦点である場合： 手動の乳鉢と乳棒が最良の解決策を提供します。
結局のところ、サンプルの調製の成功は、材料の特性を正しく特定し、それらを処理するように設計された粉砕ツールを選択することにかかっています。
要約表：
| 材料の種類 | 推奨される粉砕器具 | 主な作用 |
|---|---|---|
| 硬く、脆い材料（岩石、セラミック） | ボールミル、振動ミル | 衝撃と摩擦 |
| 柔らかく、弾力性のある材料（ポリマー、植物組織） | カッティングミル、ナイフミル | せん断と切断 |
| 大きくて粗い塊 | ジョークラッシャー | 圧縮と破砕 |
| 小さく、繊細なサンプル | 乳鉢と乳棒 | 手動圧力と摩耗 |
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