關(guān)于顆粒度分析的技術(shù)報(bào)告

馮玲香

摘 要：本文從應(yīng)用角度出發(fā)，提出了大家關(guān)心的一些粒度分析方面的基本問題，并對(duì)這些問題進(jìn)行了解答。同時(shí)介紹了粒度測(cè)試的基本方法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)粒度測(cè)試工作的幾個(gè)實(shí)際問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：粒度測(cè)試;等效粒徑;激光法;

粒度測(cè)試是通過特定的儀器和方法對(duì)粉體粒度特性進(jìn)行表征的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作。粉體在我們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛。如面粉、水泥、塑料、造紙、橡膠、陶瓷、藥品等等。在的不同應(yīng)用領(lǐng)域中，對(duì)粉體特性的要求是各不相同的，在所有反映粉體特性的指標(biāo)中，粒度分布是所有應(yīng)用領(lǐng)域中最受關(guān)注的一項(xiàng)指標(biāo)。所以客觀真實(shí)地反映粉體的粒度分布是一項(xiàng)非常重要的工作。下面就我具體講一下關(guān)于粒度測(cè)試方面的基本知識(shí)和基本方法。

1粒度測(cè)試的基本方法

1.1 背景的要求：

系統(tǒng)一定要干凈，干凈與穩(wěn)定的背景是測(cè)量的基本要求。正確與不正確的背景直接影響檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)測(cè)量小顆粒或微弱散射材料時(shí)，干凈的背景十分重要，甚至極小的漲落會(huì)造成錯(cuò)誤的結(jié)果，因?yàn)楫?dāng)比信號(hào)還大的背景被減掉以后，可能得到負(fù)的數(shù)據(jù)。

1.2 參數(shù)的設(shè)定及要求：

選擇折光系數(shù)（小數(shù)點(diǎn)以后兩位）：

激光衍射法：從測(cè)量顆粒散射的角向分布求得顆粒大小的分布，當(dāng)樣品與介質(zhì)的折光系數(shù)已定，在一定的偏振與波長(zhǎng)的光照射下，不同大小的顆粒有不同的散射圖案。顆粒的散射可用米氏理論或弗朗和夫近似來(lái)描述。激光衍射測(cè)量，光源—氦氖激光;樣品池：顆粒可通過光束;探測(cè)器：在不同的角度測(cè)量散射光強(qiáng)。數(shù)學(xué)模型將光散射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成粒度分布。

球的散射：米氏理論描述光滑的均勻球在已知波長(zhǎng)與偏振方向光照射下散射的精確公式.是GustavMie在1908年解出的.適用于各種波長(zhǎng)與角度。米氏理論的極限情況，用于非透明顆粒，適用于小角度。不需知道顆粒折光系數(shù)。

1.3 取樣與分散

①取樣

靜止干粉：混合均勻

將所取得的樣品全部倒入適宜的干凈的漏斗中，讓所有的樣品經(jīng)過漏斗漏入干凈光滑的平板中，在漏斗下形成錐形，用適宜的平板水平下壓，形成圓餅狀，平均四分，取對(duì)角兩份樣品合并，再將合并后的樣品全部倒入漏斗中，經(jīng)過同樣的步驟，如此反復(fù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求量畫餅四分至少3次，最后一次畫餅四分后取對(duì)角兩份合并，再按每次檢測(cè)所需量稱量取樣檢測(cè)。

②溶劑的選擇

溶劑的選擇：“水”毫無(wú)疑問的首選;乙醇/異丙醇;己烷/庚烷;異辛烷;葵子油;假如上述不行，用表面活性劑

③分散

結(jié)果的質(zhì)量主要取決于顆粒的分散狀態(tài)與樣品的穩(wěn)定性

濕法分析：三步1潤(rùn)濕2 分散3 穩(wěn)定

濕法分析： “潤(rùn)濕”目的是打破顆粒間的粘合，表面張力與接觸角，離子型或非離子性表面活性劑（Igepal CA630， Nonylphenyl-polyethyleneglycol），也可用溶劑作為潤(rùn)濕劑（乙醇）。

濕法分析：在理想的情況下，下列條件需滿足：

⑴固體顆粒單獨(dú)的懸浮在介質(zhì)中，沒有集聚體

⑵在分析時(shí)，分散狀態(tài)應(yīng)當(dāng)不變” （Claus Bernhardt， 1st edition，1994， Chapman & Hall）

如何制備好的分散？分散必須穩(wěn)定，顆粒不能在介質(zhì)中溶解或集聚，所有的顆粒都單獨(dú)的懸浮在介質(zhì)中。

總的一句就是分離，首先從潤(rùn)濕開始;泵/攪拌：加了機(jī)械力. 對(duì)大顆粒，可能已經(jīng)足夠了;加超聲必須非常小心！ 易碎顆粒會(huì)被振碎而改變粒度分布. 顯微鏡可用來(lái)觀察分散前后的顆粒

④加樣的量：必須加足夠的樣品以達(dá)到適當(dāng)?shù)男盘?hào)與遮光度。

⑤怎樣能知道擬合的結(jié)果是否合適？

1.分布的形狀2.檢查擬合3.殘余值

“擬合與殘余”在擬合數(shù)據(jù)的過程中，軟體用數(shù)據(jù)與光學(xué)參數(shù)來(lái)進(jìn)行一系列的運(yùn)算，最終結(jié)果是符合數(shù)據(jù)與特定光學(xué)參數(shù)最可能的粒度分布，殘余值是對(duì)擬合好壞的一個(gè)判斷，根據(jù)結(jié)果得到的分布，用軟體可以算出理論的散射強(qiáng)度角向分布，此一分布與實(shí)際測(cè)量值會(huì)有一個(gè)差別，各數(shù)據(jù)點(diǎn)差的總和，成為殘余值.

⑥不同測(cè)試方法對(duì)結(jié)果的影響

如果我們?cè)陲@微鏡下觀察一些顆粒的時(shí)候，我們可清楚地看到此顆粒的二維投影，并且我們可以通過測(cè)量很多顆粒的直徑來(lái)表示它們的大小。如果采用了一個(gè)顆粒 的最大長(zhǎng)度作為該顆粒的直徑，則我們確實(shí)可以說(shuō)此顆粒是有著最大直徑的球體。同樣，如果我們采用最小直徑或其它某種量如Feret直徑，則我們就會(huì)得到關(guān) 于顆粒體積的另一個(gè)結(jié)果。因此我們必須意識(shí)到，不同的表征方法將會(huì)測(cè)量一個(gè)顆粒的不同的特性（如最大長(zhǎng)度，最小長(zhǎng)度，體積，表面積等），而與另一種測(cè)量尺 寸的方法得出的結(jié)果不同。對(duì)于一個(gè)單個(gè)顆?？赡艽嬖诘牟煌牡刃ЫY(jié)果。其實(shí)每一種結(jié)果都是正確的，差別僅在于它們分別表示該顆粒其中的某一特 性。這就好像你我量同一個(gè)火柴盒，你量的是長(zhǎng)度，我量的是寬度，從而得到不同的結(jié)果一樣。由此可見，只有使用相同的測(cè)量方法，我們才可能直接地比較粒度大小，這也意味著對(duì)于像砂粒一樣的顆粒，不能作為粒度標(biāo)準(zhǔn)。作為粒度標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)必須是球狀的，以便于各種方法之間的比較。

2針對(duì)幾個(gè)實(shí)際問題進(jìn)行探討

2.1 濕法分析-溶解。癥狀：遮光度消失、細(xì)顆粒變得更細(xì)，并且消失、大顆粒的粒度減小，百分比增加、樣品不見了！

如果樣品有溶解，必須使用其他的分散劑。如果實(shí)在不行，用溶解最少的分散劑，但是需要用重復(fù)測(cè)量來(lái)判斷結(jié)果的可靠性，最好測(cè)得快一些?？捎蔑柡腿芤悍椒▉?lái)測(cè)量，但要小心與快。

2.2 濕法分析-聚集體。癥狀：分布中出現(xiàn)大顆粒的“尾巴”、遮光度輕微下降、使用超聲可以去除尾巴與恢復(fù)遮光度、但是使用超聲也可使聚合速度急劇增加。如果加入樣品發(fā)生聚集，必須添加表面活性劑用表面電荷，位阻穩(wěn)定來(lái)幫助穩(wěn)定顆粒ISO 14887：2000 “Sample Preparation –dispersing powders in liquids”中有更詳細(xì)的指導(dǎo)，但是穩(wěn)定及加得太多與加得太少一樣壞！必須要防止加了表面活性劑以后氣泡與泡沫的生成。

2.3 濕法分析-超聲破碎。癥狀：發(fā)生在長(zhǎng)時(shí)間的超聲應(yīng)用后（〉5分鐘），粒度發(fā)生連續(xù)、緩慢的減小，主峰值變小并移到小顆粒處，主要用顯微鏡來(lái)確認(rèn)是否有聚合物或是破碎。

2.4 濕法分析-分離?；镜囊笫窃跇悠烦乩飸腋∫菏蔷鶆虻?，大的重顆粒如果攪拌與泵速不足的話可能會(huì)沉淀分離，低密度材料可能會(huì)上浮或凝乳。 癥狀：盡管大顆粒組分消失但是遮光度并不是降低很多。

2.5 濕法分析-泵/攪拌速率、粒度在1500-rpm以上都穩(wěn)定

濕法分析一般指南：測(cè)量與背景次數(shù)，背景至少要測(cè)10秒，在用超聲前、中、后進(jìn)行短時(shí)間的多次測(cè)量（2-5秒），假如有大顆粒尾巴或分布很寬，必須要增加測(cè)量時(shí)間以保證均勻的分散取樣，樣品的超聲會(huì)產(chǎn)生熱量，對(duì)有高蒸汽壓的液體可能會(huì)造成密度的變化而使光束飄移，加超聲短時(shí)間（30秒）然后允許熱平衡，然后再測(cè)量直至穩(wěn)定。如果你的分散器不具有超聲功能，超聲必須用水浴或探頭在外部進(jìn)行，在滴定的各個(gè)步驟必須用同樣的懸浮液。確認(rèn)在測(cè)量過程中樣品沒有受到損壞，選擇最佳分散條件，設(shè)置以后可用于建立方法與驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)條件，保證樣品在測(cè)量中的穩(wěn)定性，但是，穩(wěn)定是什么意思呢？ 結(jié)果的重現(xiàn)性，測(cè)量穩(wěn)定性，假如你不能達(dá)到這些值，那么一定有東西變了，測(cè)定條件不穩(wěn)定。重新檢查你的數(shù)據(jù)，找出變化的原因，改變方法，記住這是對(duì)同一操作者，同一臺(tái)儀器，同樣的樣品。測(cè)量穩(wěn)定性，想一下樣品是如何得到的，有代表性嗎？在運(yùn)輸中有否分離，是否需要特殊的取樣方法，詳細(xì)描述樣品制備步驟與方法，記錄所用的化學(xué)物品與表面活化劑的量與種類，這能保證樣品制備的一致性與重復(fù)性。樣品測(cè)量，遮光度不穩(wěn)定嗎？穩(wěn)定的遮光度會(huì)產(chǎn)生重現(xiàn)性好的結(jié)果，加長(zhǎng)量測(cè)時(shí)間，遮光度降低？ 樣品溶解，用不同的介質(zhì)，樣品集聚，另選分散方法，樣品沉淀，用不同的泵/攪拌速度 。遮光度增加？樣品繼續(xù)分散，破碎，檢查一下。粘在池壁，氣泡，用不同的分散方法，氣泡，去氣。

3在實(shí)踐中學(xué)習(xí)、應(yīng)用實(shí)踐中觀點(diǎn)

二十一世紀(jì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)的世紀(jì)，是人才競(jìng)爭(zhēng)的世紀(jì)，這對(duì)我們培養(yǎng)的跨世紀(jì)人才的質(zhì)量提出了更高的要求。為了加強(qiáng)對(duì)粒度分析的感性認(rèn)識(shí)，本文從顆粒度分析的實(shí)際出發(fā)去分析問題、解決問題，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，在認(rèn)識(shí)實(shí)踐中學(xué)習(xí)、應(yīng)用實(shí)踐觀點(diǎn)。使在今后的粒度分析中得到進(jìn)一步完善和提高。