关于颗粒度分析的技术报告

冯玲香

摘 要：本文从应用角度出发，提出了大家关心的一些粒度分析方面的基本问题，并对这些问题进行了解答。同时介绍了粒度测试的基本方法，并在此基础上对粒度测试工作的几个实际问题进行了探讨。

关键词：粒度测试;等效粒径;激光法;

粒度测试是通过特定的仪器和方法对粉体粒度特性进行表征的一项实验工作。粉体在我们日常生活和工农业生产中的应用非常广泛。如面粉、水泥、塑料、造纸、橡胶、陶瓷、药品等等。在的不同应用领域中，对粉体特性的要求是各不相同的，在所有反映粉体特性的指标中，粒度分布是所有应用领域中最受关注的一项指标。所以客观真实地反映粉体的粒度分布是一项非常重要的工作。下面就我具体讲一下关于粒度测试方面的基本知识和基本方法。

1粒度测试的基本方法

1.1 背景的要求：

系统一定要干净，干净与稳定的背景是测量的基本要求。正确与不正确的背景直接影响检测结果，当测量小颗粒或微弱散射材料时，干净的背景十分重要，甚至极小的涨落会造成错误的结果，因为当比信号还大的背景被减掉以后，可能得到负的数据。

1.2 参数的设定及要求：

选择折光系数（小数点以后两位）：

激光衍射法：从测量颗粒散射的角向分布求得颗粒大小的分布，当样品与介质的折光系数已定，在一定的偏振与波长的光照射下，不同大小的颗粒有不同的散射图案。颗粒的散射可用米氏理论或弗朗和夫近似来描述。激光衍射测量，光源—氦氖激光;样品池：颗粒可通过光束;探测器：在不同的角度测量散射光强。数学模型将光散射强度转换成粒度分布。

球的散射：米氏理论描述光滑的均匀球在已知波长与偏振方向光照射下散射的精确公式.是GustavMie在1908年解出的.适用于各种波长与角度。米氏理论的极限情况，用于非透明颗粒，适用于小角度。不需知道颗粒折光系数。

1.3 取样与分散

①取样

静止干粉：混合均匀

将所取得的样品全部倒入适宜的干净的漏斗中，让所有的样品经过漏斗漏入干净光滑的平板中，在漏斗下形成锥形，用适宜的平板水平下压，形成圆饼状，平均四分，取对角两份样品合并，再将合并后的样品全部倒入漏斗中，经过同样的步骤，如此反复，根据实验需求量画饼四分至少3次，最后一次画饼四分后取对角两份合并，再按每次检测所需量称量取样检测。

②溶剂的选择

溶剂的选择：“水”毫无疑问的首选;乙醇/异丙醇;己烷/庚烷;异辛烷;葵子油;假如上述不行，用表面活性剂

③分散

结果的质量主要取决于颗粒的分散状态与样品的稳定性

湿法分析：三步1润湿2 分散3 稳定

湿法分析： “润湿”目的是打破颗粒间的粘合，表面张力与接触角，离子型或非离子性表面活性剂（Igepal CA630， Nonylphenyl-polyethyleneglycol），也可用溶剂作为润湿剂（乙醇）。

湿法分析：在理想的情况下，下列条件需满足：

⑴固体颗粒单独的悬浮在介质中，没有集聚体

⑵在分析时，分散状态应当不变” （Claus Bernhardt， 1st edition，1994， Chapman & Hall）

如何制备好的分散？分散必须稳定，颗粒不能在介质中溶解或集聚，所有的颗粒都单独的悬浮在介质中。

总的一句就是分离，首先从润湿开始;泵/搅拌：加了机械力. 对大颗粒，可能已经足够了;加超声必须非常小心！ 易碎颗粒会被振碎而改变粒度分布. 显微镜可用来观察分散前后的颗粒

④加样的量：必须加足够的样品以达到适当的信号与遮光度。

⑤怎样能知道拟合的结果是否合适？

1.分布的形状2.检查拟合3.残余值

“拟合与残余”在拟合数据的过程中，软体用数据与光学参数来进行一系列的运算，最终结果是符合数据与特定光学参数最可能的粒度分布，残余值是对拟合好坏的一个判断，根据结果得到的分布，用软体可以算出理论的散射强度角向分布，此一分布与实际测量值会有一个差别，各数据点差的总和，成为残余值.

⑥不同测试方法对结果的影响

如果我们在显微镜下观察一些颗粒的时候，我们可清楚地看到此颗粒的二维投影，并且我们可以通过测量很多颗粒的直径来表示它们的大小。如果采用了一个颗粒 的最大长度作为该颗粒的直径，则我们确实可以说此颗粒是有着最大直径的球体。同样，如果我们采用最小直径或其它某种量如Feret直径，则我们就会得到关 于颗粒体积的另一个结果。因此我们必须意识到，不同的表征方法將会测量一个颗粒的不同的特性（如最大长度，最小长度，体积，表面积等），而与另一种测量尺 寸的方法得出的结果不同。对于一个单个颗粒可能存在的不同的等效结果。其实每一种结果都是正确的，差别仅在于它们分别表示该颗粒其中的某一特 性。这就好像你我量同一个火柴盒，你量的是长度，我量的是宽度，从而得到不同的结果一样。由此可见，只有使用相同的测量方法，我们才可能直接地比较粒度大小，这也意味着对于像砂粒一样的颗粒，不能作为粒度标准。作为粒度标准的物质必须是球状的，以便于各种方法之间的比较。

2针对几个实际问题进行探讨

2.1 湿法分析-溶解。症状：遮光度消失、细颗粒变得更细，并且消失、大颗粒的粒度减小，百分比增加、样品不见了！

如果样品有溶解，必须使用其他的分散剂。如果实在不行，用溶解最少的分散剂，但是需要用重复测量来判断结果的可靠性，最好测得快一些。可用饱和溶液方法来测量，但要小心与快。

2.2 湿法分析-聚集体。症状：分布中出现大颗粒的“尾巴”、遮光度轻微下降、使用超声可以去除尾巴与恢复遮光度、但是使用超声也可使聚合速度急剧增加。如果加入样品发生聚集，必须添加表面活性剂用表面电荷，位阻稳定来帮助稳定颗粒ISO 14887：2000 “Sample Preparation –dispersing powders in liquids”中有更详细的指导，但是稳定及加得太多与加得太少一样坏！必须要防止加了表面活性剂以后气泡与泡沫的生成。

2.3 湿法分析-超声破碎。症状：发生在长时间的超声应用后（〉5分钟），粒度发生连续、缓慢的减小，主峰值变小并移到小颗粒处，主要用显微镜来确认是否有聚合物或是破碎。

2.4 湿法分析-分离。基本的要求是在样品池里悬浮液是均匀的，大的重颗粒如果搅拌与泵速不足的话可能会沉淀分离，低密度材料可能会上浮或凝乳。 症状：尽管大颗粒组分消失但是遮光度并不是降低很多。

2.5 湿法分析-泵/搅拌速率、粒度在1500-rpm以上都稳定

湿法分析一般指南：测量与背景次数，背景至少要测10秒，在用超声前、中、后进行短时间的多次测量（2-5秒），假如有大颗粒尾巴或分布很宽，必须要增加测量时间以保证均匀的分散取样，样品的超声会产生热量，对有高蒸汽压的液体可能会造成密度的变化而使光束飘移，加超声短时间（30秒）然后允许热平衡，然后再测量直至稳定。如果你的分散器不具有超声功能，超声必须用水浴或探头在外部进行，在滴定的各个步骤必须用同样的悬浮液。确认在测量过程中样品没有受到损坏，选择最佳分散条件，设置以后可用于建立方法与验证的实验条件，保证样品在测量中的稳定性，但是，稳定是什么意思呢？ 结果的重现性，测量稳定性，假如你不能达到这些值，那么一定有东西变了，测定条件不稳定。重新检查你的数据，找出变化的原因，改变方法，记住这是对同一操作者，同一台仪器，同样的样品。测量稳定性，想一下样品是如何得到的，有代表性吗？在运输中有否分离，是否需要特殊的取样方法，详细描述样品制备步骤与方法，记录所用的化学物品与表面活化剂的量与种类，这能保证样品制备的一致性与重复性。样品测量，遮光度不稳定吗？稳定的遮光度会产生重现性好的结果，加长量测时间，遮光度降低？ 样品溶解，用不同的介质，样品集聚，另选分散方法，样品沉淀，用不同的泵/搅拌速度 。遮光度增加？样品继续分散，破碎，检查一下。粘在池壁，气泡，用不同的分散方法，气泡，去气。

3在实践中学习、应用实践中观点

二十一世纪是知识经济的世纪，是人才竞争的世纪，这对我们培养的跨世纪人才的质量提出了更高的要求。为了加强对粒度分析的感性认识，本文从颗粒度分析的实际出发去分析问题、解决问题，加强理论联系实际，在认识实践中学习、应用实践观点。使在今后的粒度分析中得到进一步完善和提高。