第30卷第2期 2007年2月
合肥工业大学学报
(自然科学版)
J OU RNAL OF H EFEI UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GY
Vol. 30No. 2
Feb. 2007
Mastersizer 2000激光粒度分析仪及其应用
舒 霞, 吴玉程, 程继贵, 夏永红, 郑玉春
(合肥工业大学材料科学与工程学院, 安徽合肥 230009)
摘 要:概述了Mastersizer 2000激光粒度分析仪的原理与主要性能, 在此基础上提出了测量应用中应注意的几个问题, 并加以必要的分析。首先测量前最重要的问题是充分地准备样品, 包括典型抽样、分散剂、表面活化剂和混合剂选用, 超声波的使用等等; 其次是要确保测量区的主要组成部件即检测器和样品池窗口一直是清洁的, 并利用background 测量装置纯化测量; 最后被测样品的折光率和吸收率的正确输入也是一个关键因素; 做好这些才有望获得重现性好的有效测量结果。关键词:Mastersizer2000; 激光粒度分析仪; 测量
中图分类号:T H744. 5 文献标识码:A 文章编号:100325060(2007) 0220164204
Mastersizer 2000laser particle size analyzer and its SHU Xia , WU Yu 2cheng , C H EN G Ji 2gui , 2, chun
(School of Material Science and Engineering , Hefei , , China )
Abstract :The working principle t 2000laser particle size analy 2zer are int roduced. Some in are discussed. Firstly , t he preparation of t he sample is sampling ,selection of dispersant s ,surfactant s and ad 2mixt ures , of rasonic. Secondly , it is necessary to measure a backgro und in order to
“clean ”t he ensure t hat detectors and windows are clean at all times. Finally , to inp ut t he
correct parameters of t he refractive index and absorption is also very important. Two application ex 2amples are p resented.
K ey w ords :Mastersizer 2000; laser particle size analyzer ;measure 自从1981年英国马尔文公司应用小角度激光散射技术成功地开发出Mastersizer 系列激光衍射粒度分析仪以来, 该系统得到不断更新和改进, 被广泛用于制药、石油、水泥、油漆、涂料、矿产品加工、粉体及军工等领域。
特别是1998年新一代激光粒度分析仪Mas 2tersizer 2000的问世为粒度分析提供了最佳的解
了完全的米氏散射理论, 颗粒在激光束的照射下, 其散射光的角度与颗粒的直径成反比关系, 而散射光强随角度的增加呈对数规律衰减。仪器的工作原理如图1所示
[1]
。
由He 2Ne 激光器发射出的一束一定波长的激光, 该光束通过滤镜后成为单一的平行光束, 照射到颗粒样品后发生散射现象。
散射光的角度与颗粒的直径成反比关系, 散射光经傅立叶或反傅立叶透镜后成像在排列有多个检测器的焦平面上, 散射光的能量分布与颗粒直径的分布直接相关, 通过接受和测量散射光的能量分布就可以得出颗粒的粒度分布特征。
) 与颗粒粒径有如下关系衍射光强度I (θ
[2,3]
决方案。本文通过对仪器的工作原理和性能以及实验中应注意的问题的介绍, 以期仪器在科研中更好地发挥作用。
1 仪器工作原理
激光衍射法又称小角度激光光散射法, 应用
收稿日期:2006202221; 修改日期:2006204205作者简介:舒 霞(1971-) , 女, 安徽霍山人, 合肥工业大学工程师;
吴玉程(1962-) , 男, 安徽肥东人, 合肥工业大学教授, 博士生导师.
第2期
θ) =I (
舒 霞, 等:Mastersizer2000激光粒度分析仪及其应用165
θ
∞
θR n (R ) J 1(R K ) d R
22
) 是以θ角其中, θ是散射角度; R 是颗粒半径; I (θ
数据采集到数据处理、报告生成等全部操作。
(4) 灵活多样的附件和配置。高质量粒度测量的关键在于能够向光学仪器提供偏差最小、浓度适宜且完全分散的样品, 有效的样品分散是实现最佳测量的关键。Mastersizer 2000用户可以从一系列具有湿法和干法2种测量模式的样品分散装置中, 选择完全满足测量需要的装置。
合肥工业大学目前配置的附件型号为Hydro MU , 用于将样品分散在水或其他液体介质中形成悬浮液, 并配有功率可调的超声波分散功能和搅拌分散功能, 必要时可使用超声波和表面活性剂促进分散, 通过控制键盘进行手动操作, 适用于乳化液、悬浮液的测量, 容量为600～1000mL (标准实验室烧杯) 。在矿物、化学制品、冶金和水泥工业中, 对生产过程和成品进行质量控制的最有效的方法通常是测量大样品, Hydro MU 散射的光强度; n (R ) 是颗粒的粒径分布函数; K
π/λ, λ为激光的波长; J 1为第一型的贝叶斯=2
) 可反求颗粒粒径分布函数。根据所测得的I (θn (R )
[4]
。激光粒度分析是在假定所测颗粒为球体
的前提下进行
。
1. 激光器 2. 滤光镜 3. 透镜 4. 背散射光检测器5. 大角检测器 6. 前倾角检测器 7. 焦平面 8. 遮光度检测器
图1 激光衍射粒度仪的工作原理图
2 仪器主要性能
(1) 高能量高稳定性的激光光源。采用He 2Ne 激光器发射激光, 波长为633nm , 该光源具有
极高的稳定性和良好的抗震性和低的背景噪音由于散射光强与光波的4以颗粒对于633nm 体激光器() (2) 宽量范围。测量物质范围为0. 02～2000m 。重现率优于0. 5%, 准确率则优
[,6]
, 对于处于试
, , Hydro MU 的大容量又有3 测量应用中的几个问题
3. 1 样品的准备
Mastersizer 2000是在液体悬浮中再循环条
件下测量稳定样品, 在加入附件前样品的准备是很重要的, 测量中出现的最主要和最多的问题都
[3]
是由样品准备不充分而引起的, 如样品出现结块、溶解、团聚、漂浮在表面或抽取的样品不是典型样品等。
(1) 典型抽样。大多数样品既有大颗粒, 也有小颗粒, 当样品盛放在瓶子或容器中时, 小颗粒易沉于底部, 大颗粒浮于表面, 但大多数在两个极端之间, 所以测量前样品应充分混合, 不要摇晃瓶子或容器, 这样会加剧颗粒的分离; 而应用两只手握着瓶子或容器, 轻轻滚转, 不停更换方向20s 。对于液体样品在抽取样品时也应将样品充分混合, 有条件的还可以借助样品分离器或取样器。
(2) 分散剂的选用。初期通常选用蒸馏水或去离子水, 加入少量样品观察是否有溶解、结块或漂浮等现象, 必要时可进行样品分析并观察遮光度。分散剂通常须在室温或常压下储存几小时脱气, 以免在测量时产生气泡, 而气泡会作为颗粒计算使结果产生偏差而导致数据无法解释。还有一个值得注意的问题是, 在较暖的环境中使用冷的
于1%。
首先Mastersizer 在主检测器的基础上, 增加了大面积的前向和背向检测器群组, 使检测角最高达到135°, 粒度检测下限可达20nm , 从而可以检测纳米或亚微米级的颗粒。其次为了保证小颗粒的散射光强信号足够大, 又有效降低大颗粒散射信号的噪音,Mastersizer 采用了专利的非均匀交叉排列扇形检测器, 检测器灵敏度的增加呈对数规律增加, 使其始终保持高信噪比, 并避免了散射信号的丢失。最后一个关键因素是Mastersi 2zer 采用了高能量的光源, 在保证了检测器能够获
得足够强的散射信号的同时又能够有效地减少和消除非散射光对检测器的影响, 从而提高测量的精确性。
(3) 高速的数据采集分析、高度的智能化操作。Mastersizer 的数据采集速率高达1000次/秒, 可在15s 内完成一个样品的测量, Mastersi 2zer 2000实现了仪器操作的完全智能化, 通过点
击鼠标在30s 之内完成从光路校正、背景扣除、
166
合肥工业大学学报(自然科学版) 第30卷
分散剂可能会使样品池窗外表面凝结增大, 测量时遮光度快速升高, 这时须使分散剂的温度升高
一些, 或准备一个小储水箱, 用前将水过滤。
分散剂可以是任何透明的光学性质均衡、不与样品发生反应的液体, 很显然希望使用最安全、成本最低、效率最高的分散剂, 在一种分散剂中难以分散的颗粒, 在另外一种介质中可能特别适合, 常用的分散剂的折光率为:水(1. 33) ; 乙醇(1. 36) ; 丙基醇(1. 39) ; 丁酮(1. 38) ; (正) 已烷(1. 38) ; 丙醇(1. 36) 。
(3) 表面活化剂和混合剂。当遇到样品漂浮在分散剂表面的问题时, 加入表面活化剂和混合剂是有效的, 表面活化剂可以转移掉作用于样品并使它浮在表面或结团的电荷效应。
用少量添加法来添加活化剂, 标准是每升一滴, 量太多, 在搅拌时会产生泡沫, 易使测量出现误差。在一定量样品和分散剂中加入一滴表面活化剂, 在小烧杯中混合; 如果样品结块沉入杯底, 则需要先在干燥试管中添加样品, 然后加入一滴表面活化剂, 充分混合成膏状, 再加入分散剂, 分混合, 。分散, 1L 十二烷基硫酸等, 常、六偏磷酸钠、氯化钙等。
(4) 超声波的使用。用分散剂分散样品时可用肉眼观察烧杯底部, 如果有大量颗粒结块, 将烧杯放入超声波槽中2min , 效果会非常明显。当样品放入测量分散槽中, 也可使用附件所带的超
[3]
声分散来防止样品重新结块。3. 2 测 量
(1) 光学系统的洁净度。激光散射是一种高分辨的检测手段, 测量时既测量了背景又测量了样品, 然后扣除背景, 虽然背景是要被扣除的, 但光路上的灰尘和污物将散射光, 会降低仪器的精度, 因此要确保测量区的主要组成部件即检测器和样品池窗口一直是清洁的。一般利用back 2ground 测量装置纯化测量, 然后才可以进行下一步操作。
(2) 加入浆料。将加入分散槽之前已准备好的浓缩样品、分散剂和添加剂的混合物称为浆料。为了保证浆料均匀, 需要用滴管不停地搅拌样品, 在搅拌的同时用滴管将样品加入分散槽, 系统通过监测激光束的遮光度“obscuration ”来测量样品的数量, 虽然仪器有很宽的浓度范围, 浓度不必很
精确, 但遮光度太高可能发生多重衍射, 太低会显示不足的信号并且精确度受到影响。为了满足大多数测量情况, 遮光度设置在10%～20%之间。
(3) 材料参数的确定。一般测量前需要输入所测样品的折光率和吸收率, 除了可从马尔文软件所带的数据库中选取外, 还可以从《Sample dis 2persion &Refractive index guide 》得到帮助或查
阅其他资料。错误的光学参数会引起拟合度较大的偏差, 但通常情况下送检样品的光学参数无法得到, 尤其是无法得到一些混合粉体或掺杂样品的精确的光学参数, 而且实际样品与标准样品的光学性能也有较大差别, 甚至在某些情况下, 送检样品还是未知材料的样品, 所以使得测量过程变得复杂。一般若样品的中值粒径大于10μm 时, 光学参数对检测结果影响不大, 当中值粒径小于10μm 时, 粒径越小, 大。(
软件提供结果分析报告、参数报告、拟合报告、数据报告、筛分报告及统计报告等多种形式, 最初的测量是以体积为基准的, 马尔文软件可以将结果转换为除体积分布以外的其他形式, 如数
[2,9]
量分布。
典型的报告给出了粒度分布曲线D (0. 1) 、D (0. 5) 、D (0. 9) 等主要数据, 测量时的各种参数条件, 但是附件的运作都由附件的键盘控制, 因此精确的文字记录测量条件是重要的, 例如超声、泵速的情况, 以便有助于以后的重复测量。3. 4 应用举例
(1) 钽粉的粒度测量。在测量某生产厂家提供的金属钽粉的粒度时发现, 将少量钽粉直接用蒸馏水分散后加入附件中, 测量结果重现性很差, 而且在多次测量后出现另外一个粒度分布峰, 使得D (0. 9) >500μm , 余差也大于2%, 整个测量过程非常不稳定。
[8]
[2]
第2期舒 霞, 等:Mastersizer2000激光粒度分析仪及其应用167
为了得到重现性好的测量结果, 先采用超声分散20min , 然后测量, 结果如表2所列。多次测量的重现性较好, 余差也小于1%, 但与其他测量方法的结果比较测量结果偏大。
后来将在超声波中经过连续超声处理的样品立即加入到准备好的附件中进行测量, 其结果如表3所列, 样品的粒度进一步减小, 且结果的重现性较好。可见对于该样品, 超声的影响较大, 不超声、超声后静置一段时间与超声后立即测试效果明显不同。
但对于易碎颗粒慎用超声, 因为超声可能会使颗粒分离, 对超声前后的效果可用显微镜加以鉴别。
表2 对钽粉样品的分析结果(一)
样品次数D (0. 1)
1
R 24
231
R 25
23
0. 6820. 6860. 6891. 6131. 6231. 650
D (0. 5)
D (0. 9)
摇晃或轻轻搅拌, 使样品都沉入水里后再测试, 基本解决了测试困难的问题。经过400目标准筛的
石墨粉的粒度分布曲线如图2所示, D (0. 5) =24. 443μm 。
图2 石墨粉的粒度分布曲线
4 结束语
余差
/(%) 0. 6070. 4460. 4610. 0. 1. 遮光度
/(%) 11. 1911. 1211. 1110. 692. 8362. 8362. 8494. 9595. 0475. 147
6. 6706. 7286. 7969. 5209. 79310. 目前,Mastersizer 2000较多的应用, , 、科研中发挥, 。另外, 扩展功能比较
强。
参 考 文 献
(二)
样品次数D (0. 1)
1
R 24
231
R 25
23
0. 6740. 6610. 6580. 9050. 8960. 839
D (0. 5)
D (0. 9)
遮光度
/(%) 11. 2711. 3011. 2811. 3011. 4011. 52
余差
/(%) 0. 8590. 7350. 761
0. 7670. 8350. 858
[1] 李 静, 吕 曼, 范文华, 等. MS2000激光粒度分析仪在黄
河调水调沙试验中的应用[J ].中国水利, 2002, (9) :
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[2] Ward 2Smit h R S , Gummery N , Rawle A F. Validation of
wet and dry laser diffraction particle characterization met h 2ods[EB/OL ].http ://www. malvern. com. cn. 2005212214. [3] 郑水林. 超微粉体加工技术与应用[M ].北京:化学工业出
1. 5451. 5191. 5103. 0833. 0603. 057
3. 0803. 0473. 0347. 8297. 8297. 861
版社,2005:36-241.
[4] 陈秀法, 冯秀丽, 刘冬雁, 等. 激光粒度分析与传统粒度分析
方法相关对比[J ].青岛海洋大学学报, 2002, 32(4) :
(2) 石墨的粒度测量。经过多次气流粉碎后
608-614.
[5] 毋 伟, 陈建峰, 卢受慈. 超细粉体表面修饰[M ].北京:化
的石墨粉来测试粒度及粒度分布, 将石墨粉放入
小瓶中, 先用乙醇作分散剂在超声波中预分散, 然后用蒸馏水作主分散剂测试, 结果很不理想。因为石墨大多数都漂浮在分散剂表面而无法形成悬浮液, 而且粉末易粘在样品池窗口, 使遮蔽度快速升高, 给随后的清洗也造成困难。
这种情况提示要加入表面活性剂或混合剂, 分别选用了六偏磷酸钠和柠檬酸来改善分散状况, 虽然遮蔽度快速升高的问题有所改善, 但“漂浮”现象仍是主要问题。
最后将诺乃洗涤剂配成体积分数为1%的溶液, 将样品放在小烧杯中, 然后一滴滴加入分散剂
学工业出版社,2004:279-289.
[6] 杨正红. 如何判断和选择激光粒度分析仪[J].现代科学仪
器,2000, (1) :58-59.
[7] 杨道媛, 马成良, 孙宏魏, 等. 马尔文激光粒度分析仪粒度检
测方法及其优化研究[J ].中国粉体技术, 2002, 8(5) :
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[8] 王少清, 董学仁. 激光粒度测量中大角度散射产生误差分析
及修正[J].激光技术,2002,26(4) :303-305.
[9] Rawe A. Basic principles of particle size analysis[EB/OL ].
http ://www. malvern. com. cn. 2005-12-14.
(责任编辑 闫杏丽)
第30卷第2期 2007年2月
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(自然科学版)
J OU RNAL OF H EFEI UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GY
Vol. 30No. 2
Feb. 2007
Mastersizer 2000激光粒度分析仪及其应用
舒 霞, 吴玉程, 程继贵, 夏永红, 郑玉春
(合肥工业大学材料科学与工程学院, 安徽合肥 230009)
摘 要:概述了Mastersizer 2000激光粒度分析仪的原理与主要性能, 在此基础上提出了测量应用中应注意的几个问题, 并加以必要的分析。首先测量前最重要的问题是充分地准备样品, 包括典型抽样、分散剂、表面活化剂和混合剂选用, 超声波的使用等等; 其次是要确保测量区的主要组成部件即检测器和样品池窗口一直是清洁的, 并利用background 测量装置纯化测量; 最后被测样品的折光率和吸收率的正确输入也是一个关键因素; 做好这些才有望获得重现性好的有效测量结果。关键词:Mastersizer2000; 激光粒度分析仪; 测量
中图分类号:T H744. 5 文献标识码:A 文章编号:100325060(2007) 0220164204
Mastersizer 2000laser particle size analyzer and its SHU Xia , WU Yu 2cheng , C H EN G Ji 2gui , 2, chun
(School of Material Science and Engineering , Hefei , , China )
Abstract :The working principle t 2000laser particle size analy 2zer are int roduced. Some in are discussed. Firstly , t he preparation of t he sample is sampling ,selection of dispersant s ,surfactant s and ad 2mixt ures , of rasonic. Secondly , it is necessary to measure a backgro und in order to
“clean ”t he ensure t hat detectors and windows are clean at all times. Finally , to inp ut t he
correct parameters of t he refractive index and absorption is also very important. Two application ex 2amples are p resented.
K ey w ords :Mastersizer 2000; laser particle size analyzer ;measure 自从1981年英国马尔文公司应用小角度激光散射技术成功地开发出Mastersizer 系列激光衍射粒度分析仪以来, 该系统得到不断更新和改进, 被广泛用于制药、石油、水泥、油漆、涂料、矿产品加工、粉体及军工等领域。
特别是1998年新一代激光粒度分析仪Mas 2tersizer 2000的问世为粒度分析提供了最佳的解
了完全的米氏散射理论, 颗粒在激光束的照射下, 其散射光的角度与颗粒的直径成反比关系, 而散射光强随角度的增加呈对数规律衰减。仪器的工作原理如图1所示
[1]
。
由He 2Ne 激光器发射出的一束一定波长的激光, 该光束通过滤镜后成为单一的平行光束, 照射到颗粒样品后发生散射现象。
散射光的角度与颗粒的直径成反比关系, 散射光经傅立叶或反傅立叶透镜后成像在排列有多个检测器的焦平面上, 散射光的能量分布与颗粒直径的分布直接相关, 通过接受和测量散射光的能量分布就可以得出颗粒的粒度分布特征。
) 与颗粒粒径有如下关系衍射光强度I (θ
[2,3]
决方案。本文通过对仪器的工作原理和性能以及实验中应注意的问题的介绍, 以期仪器在科研中更好地发挥作用。
1 仪器工作原理
激光衍射法又称小角度激光光散射法, 应用
收稿日期:2006202221; 修改日期:2006204205作者简介:舒 霞(1971-) , 女, 安徽霍山人, 合肥工业大学工程师;
吴玉程(1962-) , 男, 安徽肥东人, 合肥工业大学教授, 博士生导师.
第2期
θ) =I (
舒 霞, 等:Mastersizer2000激光粒度分析仪及其应用165
θ
∞
θR n (R ) J 1(R K ) d R
22
) 是以θ角其中, θ是散射角度; R 是颗粒半径; I (θ
数据采集到数据处理、报告生成等全部操作。
(4) 灵活多样的附件和配置。高质量粒度测量的关键在于能够向光学仪器提供偏差最小、浓度适宜且完全分散的样品, 有效的样品分散是实现最佳测量的关键。Mastersizer 2000用户可以从一系列具有湿法和干法2种测量模式的样品分散装置中, 选择完全满足测量需要的装置。
合肥工业大学目前配置的附件型号为Hydro MU , 用于将样品分散在水或其他液体介质中形成悬浮液, 并配有功率可调的超声波分散功能和搅拌分散功能, 必要时可使用超声波和表面活性剂促进分散, 通过控制键盘进行手动操作, 适用于乳化液、悬浮液的测量, 容量为600～1000mL (标准实验室烧杯) 。在矿物、化学制品、冶金和水泥工业中, 对生产过程和成品进行质量控制的最有效的方法通常是测量大样品, Hydro MU 散射的光强度; n (R ) 是颗粒的粒径分布函数; K
π/λ, λ为激光的波长; J 1为第一型的贝叶斯=2
) 可反求颗粒粒径分布函数。根据所测得的I (θn (R )
[4]
。激光粒度分析是在假定所测颗粒为球体
的前提下进行
。
1. 激光器 2. 滤光镜 3. 透镜 4. 背散射光检测器5. 大角检测器 6. 前倾角检测器 7. 焦平面 8. 遮光度检测器
图1 激光衍射粒度仪的工作原理图
2 仪器主要性能
(1) 高能量高稳定性的激光光源。采用He 2Ne 激光器发射激光, 波长为633nm , 该光源具有
极高的稳定性和良好的抗震性和低的背景噪音由于散射光强与光波的4以颗粒对于633nm 体激光器() (2) 宽量范围。测量物质范围为0. 02～2000m 。重现率优于0. 5%, 准确率则优
[,6]
, 对于处于试
, , Hydro MU 的大容量又有3 测量应用中的几个问题
3. 1 样品的准备
Mastersizer 2000是在液体悬浮中再循环条
件下测量稳定样品, 在加入附件前样品的准备是很重要的, 测量中出现的最主要和最多的问题都
[3]
是由样品准备不充分而引起的, 如样品出现结块、溶解、团聚、漂浮在表面或抽取的样品不是典型样品等。
(1) 典型抽样。大多数样品既有大颗粒, 也有小颗粒, 当样品盛放在瓶子或容器中时, 小颗粒易沉于底部, 大颗粒浮于表面, 但大多数在两个极端之间, 所以测量前样品应充分混合, 不要摇晃瓶子或容器, 这样会加剧颗粒的分离; 而应用两只手握着瓶子或容器, 轻轻滚转, 不停更换方向20s 。对于液体样品在抽取样品时也应将样品充分混合, 有条件的还可以借助样品分离器或取样器。
(2) 分散剂的选用。初期通常选用蒸馏水或去离子水, 加入少量样品观察是否有溶解、结块或漂浮等现象, 必要时可进行样品分析并观察遮光度。分散剂通常须在室温或常压下储存几小时脱气, 以免在测量时产生气泡, 而气泡会作为颗粒计算使结果产生偏差而导致数据无法解释。还有一个值得注意的问题是, 在较暖的环境中使用冷的
于1%。
首先Mastersizer 在主检测器的基础上, 增加了大面积的前向和背向检测器群组, 使检测角最高达到135°, 粒度检测下限可达20nm , 从而可以检测纳米或亚微米级的颗粒。其次为了保证小颗粒的散射光强信号足够大, 又有效降低大颗粒散射信号的噪音,Mastersizer 采用了专利的非均匀交叉排列扇形检测器, 检测器灵敏度的增加呈对数规律增加, 使其始终保持高信噪比, 并避免了散射信号的丢失。最后一个关键因素是Mastersi 2zer 采用了高能量的光源, 在保证了检测器能够获
得足够强的散射信号的同时又能够有效地减少和消除非散射光对检测器的影响, 从而提高测量的精确性。
(3) 高速的数据采集分析、高度的智能化操作。Mastersizer 的数据采集速率高达1000次/秒, 可在15s 内完成一个样品的测量, Mastersi 2zer 2000实现了仪器操作的完全智能化, 通过点
击鼠标在30s 之内完成从光路校正、背景扣除、
166
合肥工业大学学报(自然科学版) 第30卷
分散剂可能会使样品池窗外表面凝结增大, 测量时遮光度快速升高, 这时须使分散剂的温度升高
一些, 或准备一个小储水箱, 用前将水过滤。
分散剂可以是任何透明的光学性质均衡、不与样品发生反应的液体, 很显然希望使用最安全、成本最低、效率最高的分散剂, 在一种分散剂中难以分散的颗粒, 在另外一种介质中可能特别适合, 常用的分散剂的折光率为:水(1. 33) ; 乙醇(1. 36) ; 丙基醇(1. 39) ; 丁酮(1. 38) ; (正) 已烷(1. 38) ; 丙醇(1. 36) 。
(3) 表面活化剂和混合剂。当遇到样品漂浮在分散剂表面的问题时, 加入表面活化剂和混合剂是有效的, 表面活化剂可以转移掉作用于样品并使它浮在表面或结团的电荷效应。
用少量添加法来添加活化剂, 标准是每升一滴, 量太多, 在搅拌时会产生泡沫, 易使测量出现误差。在一定量样品和分散剂中加入一滴表面活化剂, 在小烧杯中混合; 如果样品结块沉入杯底, 则需要先在干燥试管中添加样品, 然后加入一滴表面活化剂, 充分混合成膏状, 再加入分散剂, 分混合, 。分散, 1L 十二烷基硫酸等, 常、六偏磷酸钠、氯化钙等。
(4) 超声波的使用。用分散剂分散样品时可用肉眼观察烧杯底部, 如果有大量颗粒结块, 将烧杯放入超声波槽中2min , 效果会非常明显。当样品放入测量分散槽中, 也可使用附件所带的超
[3]
声分散来防止样品重新结块。3. 2 测 量
(1) 光学系统的洁净度。激光散射是一种高分辨的检测手段, 测量时既测量了背景又测量了样品, 然后扣除背景, 虽然背景是要被扣除的, 但光路上的灰尘和污物将散射光, 会降低仪器的精度, 因此要确保测量区的主要组成部件即检测器和样品池窗口一直是清洁的。一般利用back 2ground 测量装置纯化测量, 然后才可以进行下一步操作。
(2) 加入浆料。将加入分散槽之前已准备好的浓缩样品、分散剂和添加剂的混合物称为浆料。为了保证浆料均匀, 需要用滴管不停地搅拌样品, 在搅拌的同时用滴管将样品加入分散槽, 系统通过监测激光束的遮光度“obscuration ”来测量样品的数量, 虽然仪器有很宽的浓度范围, 浓度不必很
精确, 但遮光度太高可能发生多重衍射, 太低会显示不足的信号并且精确度受到影响。为了满足大多数测量情况, 遮光度设置在10%～20%之间。
(3) 材料参数的确定。一般测量前需要输入所测样品的折光率和吸收率, 除了可从马尔文软件所带的数据库中选取外, 还可以从《Sample dis 2persion &Refractive index guide 》得到帮助或查
阅其他资料。错误的光学参数会引起拟合度较大的偏差, 但通常情况下送检样品的光学参数无法得到, 尤其是无法得到一些混合粉体或掺杂样品的精确的光学参数, 而且实际样品与标准样品的光学性能也有较大差别, 甚至在某些情况下, 送检样品还是未知材料的样品, 所以使得测量过程变得复杂。一般若样品的中值粒径大于10μm 时, 光学参数对检测结果影响不大, 当中值粒径小于10μm 时, 粒径越小, 大。(
软件提供结果分析报告、参数报告、拟合报告、数据报告、筛分报告及统计报告等多种形式, 最初的测量是以体积为基准的, 马尔文软件可以将结果转换为除体积分布以外的其他形式, 如数
[2,9]
量分布。
典型的报告给出了粒度分布曲线D (0. 1) 、D (0. 5) 、D (0. 9) 等主要数据, 测量时的各种参数条件, 但是附件的运作都由附件的键盘控制, 因此精确的文字记录测量条件是重要的, 例如超声、泵速的情况, 以便有助于以后的重复测量。3. 4 应用举例
(1) 钽粉的粒度测量。在测量某生产厂家提供的金属钽粉的粒度时发现, 将少量钽粉直接用蒸馏水分散后加入附件中, 测量结果重现性很差, 而且在多次测量后出现另外一个粒度分布峰, 使得D (0. 9) >500μm , 余差也大于2%, 整个测量过程非常不稳定。
[8]
[2]
第2期舒 霞, 等:Mastersizer2000激光粒度分析仪及其应用167
为了得到重现性好的测量结果, 先采用超声分散20min , 然后测量, 结果如表2所列。多次测量的重现性较好, 余差也小于1%, 但与其他测量方法的结果比较测量结果偏大。
后来将在超声波中经过连续超声处理的样品立即加入到准备好的附件中进行测量, 其结果如表3所列, 样品的粒度进一步减小, 且结果的重现性较好。可见对于该样品, 超声的影响较大, 不超声、超声后静置一段时间与超声后立即测试效果明显不同。
但对于易碎颗粒慎用超声, 因为超声可能会使颗粒分离, 对超声前后的效果可用显微镜加以鉴别。
表2 对钽粉样品的分析结果(一)
样品次数D (0. 1)
1
R 24
231
R 25
23
0. 6820. 6860. 6891. 6131. 6231. 650
D (0. 5)
D (0. 9)
摇晃或轻轻搅拌, 使样品都沉入水里后再测试, 基本解决了测试困难的问题。经过400目标准筛的
石墨粉的粒度分布曲线如图2所示, D (0. 5) =24. 443μm 。
图2 石墨粉的粒度分布曲线
4 结束语
余差
/(%) 0. 6070. 4460. 4610. 0. 1. 遮光度
/(%) 11. 1911. 1211. 1110. 692. 8362. 8362. 8494. 9595. 0475. 147
6. 6706. 7286. 7969. 5209. 79310. 目前,Mastersizer 2000较多的应用, , 、科研中发挥, 。另外, 扩展功能比较
强。
参 考 文 献
(二)
样品次数D (0. 1)
1
R 24
231
R 25
23
0. 6740. 6610. 6580. 9050. 8960. 839
D (0. 5)
D (0. 9)
遮光度
/(%) 11. 2711. 3011. 2811. 3011. 4011. 52
余差
/(%) 0. 8590. 7350. 761
0. 7670. 8350. 858
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的石墨粉来测试粒度及粒度分布, 将石墨粉放入
小瓶中, 先用乙醇作分散剂在超声波中预分散, 然后用蒸馏水作主分散剂测试, 结果很不理想。因为石墨大多数都漂浮在分散剂表面而无法形成悬浮液, 而且粉末易粘在样品池窗口, 使遮蔽度快速升高, 给随后的清洗也造成困难。
这种情况提示要加入表面活性剂或混合剂, 分别选用了六偏磷酸钠和柠檬酸来改善分散状况, 虽然遮蔽度快速升高的问题有所改善, 但“漂浮”现象仍是主要问题。
最后将诺乃洗涤剂配成体积分数为1%的溶液, 将样品放在小烧杯中, 然后一滴滴加入分散剂
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(责任编辑 闫杏丽)