分散是什么？湿法分散优化的开发方法-2

用于激光衍射颗粒大小测量的

湿法或液体分散方法的开发 

 测量条件

为了从激光衍射测量中获得可靠的结果，设置适当的测量条件也是很重要的。设置的目标如下。

 阴影范围
 测量时间
 搅拌速度

测量所需的样品量

为了使样品浓度适合激光衍射测量，必须添加足够的样品量以获得适当的信噪比或确保大量物质的代表性样品，但添加过多的样品可能会因多重散射影响测量。

在激光衍射系统中，样品浓度通过阴影（obscuration）这一参数测量，表示通过样品的激光光损失率。

每个测量系统都会产生一定量的噪声。在 Mastersizer 中，样品添加阶段去除背景信号后显示的数据的随机波动值可以确认此噪声（参见图6）。

因此，为了在这些随机波动水平之上获得稳定的散射信号数据，必须添加足够的样品。

系统中的噪声水平上不需要大量散射。例如，图7显示 3% 阴影下提供稳定的可再现结果的 300nm 样品的散射数据。由于这种原因，用于微粒子的系统噪声水平确定了阴影下限。

对于大颗粒，阴影下限由样品获取代替信噪比确定。通过测量多个粗物质样本，若显示高变异性，请增加样本的质量和阴影。

激光衍射测量的阴影上线是由称为多重散射的效应定义的。衍射系统中用于解释散射数据的理论假设打到检测器上的激光光是由单一颗粒散射的。

若细胞中的颗粒密度过高，则激光光束可能在打到检测器前被两粒或者更多颗粒散射。下面以图示描述该效应。

这些多重散射现象使激光光束以更高的角度散射。由于与较小颗粒相关的高角度散射，因此因多重散射产生的颗粒尺寸结果偏小。

图9显示5%和18%之间阴影下相同样品的颗粒尺寸分布。由于在5%和7%阴影下的尺寸分布相似，因此该阴影范围内无多重散射。增加阴影超过9%时，分布形态变化并出现更小颗粒。

从中可知，9%以上的测量受多重散射影响，此样品的适宜阴影上线为9%。

多重散射或样品采集对测量的影响程度取决于测量材料的颗粒尺寸。微细颗粒测量更易受到多重散射影响，而较粗颗粒测量则更易受样品采集影响。下边的表3给出了根据粒径不同的建议阴影范围。

表3: 根据颗粒尺寸不同的建议阴影范围

测量时间

湿法激光衍射测量中的测量时间应足够长，以使分散装置中的代表性样本能在测量池中循环。所需时间依据样品的颗粒尺寸及多分散性。

仅需较短测量的是微细单分散性样品，而较大的颗粒或分布宽的样品则需要更长测量时间。在大颗粒或多分散性样品的重复测量中若显示高变异性，延长测量时间可以提高可重复性。

图10显示具有宽颗粒分布（1μm至700μm）样品的颗粒尺寸分布。使用从1秒到20秒的测量时间范围对该样品进行了重复测量。

图11显示随着测量时间增加，5次重复测量中出现的相对标准偏差的减少。变异性在超过10秒的测量时间范围内未超出ISO标准[1]中定义的可接受范围。

搅拌器速度

湿法分散装置的搅拌器必须确保分散均匀，并确保通过测量池的样品具有代表性。对于较大或密度较高的物质，应通过优化搅拌速度来验证样品中的所有颗粒是否均处于悬浮状态。对于乳液样品，通过搅拌速度优化可以确定液滴开始破裂的速度。

图12显示了铜粉样品的搅拌速度优化结果。随着搅拌速度的增加，从样品中悬浮的大颗粒越多，因此测量的颗粒尺寸增加。在此样品中，颗粒尺寸在该区域范围内稳定，因此推荐超过2500rpm的搅拌速度。

结 论

从湿法激光衍射测量中获得可重复的结果与三个主要因素有关。

第一个因素是获取大批量物质的代表性样品，

第二个因素是实现稳定的分散状态，

第三个因素是设置适当的测量条件。

本应用笔记中，讨论了为评估这些因素对样品影响可以进行的测试。

进行所描述的部分测试可以增强对测量材料的理解，提高颗粒尺寸结果的再现性。

此外，开发坚固的方法可以确保颗粒结果对设备和方法生命周期中小幅测量条件变化不敏感，使开发的方法得以维护并继续使用。

参考文献

[1] ISO13320(2009). 颗粒分析 – 激光衍射方法，第1部分：一般原则