CN101762443B - 一种电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数Kd的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计量测试技术领域，尤其是涉及一种电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数K_d的测量方法。一种电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数K_d的测量方法，其特征是它包括如下步骤：a、浸润密度ρ的测量；b、初始固体颗粒粒径校准系数K_da的标定；c、样品制备；d、粒度分析；e、按如下公式计算电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数K_d，

本发明由于采用上述技术方案，其优点在于：①无须考虑颗粒形状、多孔性、导电性等因素对测量结果所产生的影响；②是一种绝对的测量方法；③在计量上具有普遍实用性、溯源性，提高了量值测量的准确性。

Description

一种电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数Kd的测量方法

技术领域

本发明涉及计量测试技术领域，尤其是涉及一种电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数K_d的测量方法。

背景技术

电阻法粒度分析早期最为人所知的是用于血球计数和大输液中不溶性微粒物检测，后经改进发展，迅速推广并被广泛用于固体颗粒、乳状液中液滴、过滤材料性能的测量，并且已成为医药、磨料、染料等行业的测试标准。

上海科学技术文献出版社1989年6月出版的《颗粒粒度与比表面测量原理》(作者：童祜嵩)对粒度分析的定义为：“一个相以细颗粒状态分布在另一相中就构成了分散体系。前者称为分散相，后者称为连续相或分散介质。”“粒度分析就是测量连续相中分散相的粒径及其分布规律。”“分散体系可以是下列情况中的任一种：固体分散于液体中的悬浮液；液体分散于另一种不相溶的液体中的乳状液；固体或液体分散于气体中的气悬浮体和气溶胶；气体分散于液体中而形成的气泡，或气体分散于固体中而形成的泡沫材料。”

电阻法粒度分析就是测量分散于电解质溶液中颗粒的粒度分布。现有技术其作为分散相的颗粒为能以独立离散的形式分布在电解质溶液中的固体颗粒或液滴，如氧化铝颗粒、玻璃微珠、磨料、染料、金属颗粒或金属氧化物颗粒等化工产品，奶粉、茶叶粉等食品，细胞、脂肪乳滴等医药产品；能产生出自由移动离子的电解质溶液，均可作为电阻法粒度分析中连续相或分散介质，如美国BECKMAN COULTER公司生产的浓度为0.9％氯化钠电解质溶液，商品名为ISOTONII。

原子能出版社1999年10月出版的《颗粒粒径的光学测量技术及应用》中对粒度标准物质的定义是：“标准物质是一种材质均匀，性能稳定的物质，它的某个化学或物理性质(如粒径)经过准确的测定，并附有权威部门对其准确度的认定……”“在粒度测量中使用最多的标准物质就是标准颗粒或称为标准粒子，也有称为乳胶球的。”“标准粒子的粒径常以名义直径表示。”“标准粒子应有良好的单分散性。”在电阻法粒度分析中通常使用的粒度标准物质为已知峰直径的标准粒子，其峰直径在量值上具有稳定性和溯源性，其形态为含有颗粒的悬浮液，颗粒形状为球形，粒度分布形态为单峰分散，如国家二级标准物质GBW(E)120001～120008，材质为聚苯乙烯乳胶球颗粒悬浮液，峰直径范围为1-100μm。

电阻法粒度分析仪包括四个部分：含有小孔的小孔管、电极、搅拌装置的样品系统，体积计量系统，颗粒计数系统和粒径测量系统等。不同孔径的小孔管对应不同的被测颗粒样品粒径范围，小孔管孔径范围通常为20-2000μm，其相应的被测颗粒样品的粒径测量范围为0.4-1200μm。

现有技术的电阻法粒度分析的方法为：将小孔管浸入电解质溶液中，小孔管两边各有一个电极，当电解质溶液流过小孔时，产生电流。将样品颗粒分散于电解质溶液中，通过搅拌形成一个均匀的悬浮液。当颗粒通过小孔管时，颗粒代替了小孔管中相同体积的电解质溶液，引起电阻值的变化。颗粒较小时，电阻值变化较小；颗粒较大时，电阻值变化较大。电阻值的信号被放大，并被计数，得到一个脉冲值，通过一个颗粒粒径校准系数K_d，将脉冲值A_x对应于换算成相应的颗粒直径x：

$x=K_d\·\sqrt[3]{A_x}$

由此得到粒度分析测量结果。

因此，粒径的准确测量依赖于粒径校准系数K_d的准确性。

现有技术的粒径校准系数K_d的标定方法为：使用一个已知峰直径的粒度标准物质，用电阻法粒度分析仪测量得到峰直径。粒径校准系数K_d即为标准物质峰直径的标称值与电阻法粒度分析仪测量得到的峰直径的比值。

现有技术的缺陷在于：颗粒粒径校准系数的标定是在一个理想的状态下进行，颗粒为球形，表面光滑完整，颗粒无导电性，具有一定的粒径分布形态，且为单分散颗粒系。该方法仅考虑了理想状态下的颗粒粒径与脉冲值的对应性，而忽略了真实颗粒样品的多样性，尤其如非球形颗粒、多孔颗粒、导电性颗粒等，也忽略了真实颗粒样品粒度分布形态的不同变化。因此现有技术不具有普遍适应性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种克服现有技术缺陷的、将被测固体颗粒单位体积质量及浸润密度算得的体积浓度与电阻法粒度分析仪测得的固体颗粒体积浓度的比值作为测量电阻法粒度分析仪颗粒粒径校准系数K_d的方法。本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数K_d的测量方法，其特征是它包括如下步骤：

a、浸润密度ρ的测量，即称取被测固体颗粒样品并将其质量定义为m₁放入体积为R的比重瓶内，比重瓶的体积R定义为R_比重瓶，添加体积为V的电解质溶液并将其体积定义为V_电解液，计算被测固体颗粒样品的浸润密度ρ，ρ＝m₁/(R_比重瓶-V_电解液)；

b、初始固体颗粒粒径校准系数K_da的标定，即用已知峰直径的粒度标准物质标定电阻法粒度分析仪的初始固体颗粒粒径校准系数K_da，K_da为粒度标准物质峰直径的标称值与电阻法粒度分析仪测量得到的粒度标准物质峰直径的比值；

c、样品制备，即称取被测固体颗粒样品分散于电解质溶液中形成悬浮液，将被测固体颗粒样品的质量定义为m₂、电解质溶液的体积定义为T_电解液、悬浮液的体积定义为V_T悬浮液，V_T悬浮液是质量为m₂的被测固体颗粒样品和体积为T_电解液的电解质溶液的混合物体积；

d、粒度分析，即使用电阻法粒度分析仪测量体积为V_T悬浮液的悬浮液的粒度分布，设置体积为V_T悬浮液的悬浮液中的被测体积为V_m，设置粒径间隔为i，得到并记录被测固体颗粒样品粒径间隔为i时的颗粒算术平均体积

和粒径间隔为i时的颗粒数量ΔN_i；

e、按如下公式计算电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数K_d，

式中：K_d为电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数；K_da为粒度标准物质峰直径的标称值与电阻法粒度分析仪测量得到的粒度标准物质峰直径的比值；浸润密度ρ＝m₁/(R_比重瓶-V_电解液)；m₂为样品制备时将要分散于体积为T_电解液的电解质溶液中的被测固体颗粒样品的质量；V_T悬浮液为样品制备时含有质量为m₂的被测固体颗粒样品和体积为T_电解液的电解质溶液的混合物体积；V_m为粒度分析时从体积为V_T悬浮液的悬浮液中抽取的被测体积；ΔN_i为粒度分析后测量得到的被测固体颗粒样品粒径间隔为i的颗粒的数量；

为粒度分析后测量得到的被测固体颗粒样品粒径间隔为i的颗粒的算术平均体积。

本发明中用于仪器标定的粒度标准物质均为现有技术的颗粒样品，包括聚苯乙烯乳胶球颗粒悬浮液、玻璃微珠等；被测颗粒样品也均为现有技术的固体颗粒样品(受发明方案中对浸润密度的测量方法所限，不包括现有技术中的液体颗粒样品)，包括云母、石英等不规则形状固体颗粒，氧化铝、活性炭等多孔性固体颗粒，铜粉、氧化锌等导体和半导体固体颗粒。本发明由于采用上述技术方案，其优点在于：①无须考虑颗粒形状、多孔性、导电性等因素对测量结果所产生的影响；②是一种绝对的测量方法；③在计量上具有普遍实用性、溯源性，提高了量值测量的准确性。

附图说明

下面结合附图和本发明的具体实施例对本发明作进一步详细描述：

图1是本发明实施例1的电阻法粒度分析测量结果与

计算。

图2是本发明实施例2的电阻法粒度分析测量结果与

计算。

图3是本发明实施例3的电阻法粒度分析测量结果与

计算。

具体实施方式

实施例1：参见图1，本实施例中电阻法粒度分析仪的制造商为美国BECKMANCOULTER公司，型号为Mutisizer III；小孔管孔径100μm，其对应的被测颗粒样品的粒径测量范围为2-60μm；粒度标准物质选用国家二级标准物质GBW(E)120006聚苯乙烯乳胶球颗粒悬浮液，峰直径的标称值为20.62μm；电解质溶液选用美国BECKMAN COULTER公司生产的浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液，商品名为ISOTON II；被测颗粒样品可选用云母、石英等不规则形状固体颗粒，或氧化铝、活性炭等多孔性固体颗粒，或铜粉、氧化锌等导体和半导体固体颗粒。

浸润密度ρ的测量：选用最小分度值为0.0001g的天平称取被测固体颗粒样品放入比重瓶内，记录被测固体颗粒样品质量m₁＝5.0030g，记录比重瓶体积R_比重瓶＝25mL，添加浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液至比重瓶体积为25mL处的刻线，记录添加的浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液体积V_电解液＝22.92mL，计算被测固体颗粒样品的浸润密度ρ＝m₁/(R_比重瓶-V_电解液)＝5.0030/(25-22.92)＝2.41g/cm³；

初始固体颗粒粒径校准系数K_da的标定：使用已知峰直径标称值为20.62μm的聚苯乙烯乳胶球颗粒悬浮液粒度标准物质标定电阻法粒度分析仪的初始固体颗粒粒径校准系数K_da＝133.41；

样品制备：选用最小分度值为0.0001g的天平称取被测固体颗粒样品放入容量瓶内，记录被测固体颗粒样品质量m₂＝0.1230g，记录容量瓶容量V_T悬浮液＝100mL，添加浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液至容量瓶体积为100mL处的刻线，形成体积为100mL的含有被测颗粒样品和电解质溶液的悬浮液；

粒度分析：使用电阻法粒度分析仪测量上述悬浮液的粒度分布，设置被测体积V_m＝1mL，设置粒径间隔i＝1μm，得到并记录被测固体颗粒样品粒径间隔i＝1μm时的颗粒算术平均体积

和粒径间隔i＝1μm时的颗粒数量ΔN_i，并计算

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔN}}_i\stackrel{\‾}{V_i}=1.52913\×{10}^8\left({\mathrm{\μm}}^3\right)=1.52913\×{10}^8\×{10}^{-12}\left(\mathrm{mL}\right).$

计算电阻法粒度分析仪颗粒粒径校准系数

实施例2：参见图2，本实施例中电阻法粒度分析仪的制造商为美国BECKMANCOULTER公司，型号为Mutisizer III；小孔管孔径560μm，其对应的被测颗粒样品的粒径测量范围为11.2-336μm；粒度标准物质选用国家二级标准物质GBW(E)120008聚苯乙烯乳胶球颗粒悬浮液，峰直径的标称值为75.00μm；电解质溶液选用美国BECKMAN COULTER公司生产的浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液，商品名为ISOTON II；被测颗粒样品可选用云母、石英等不规则形状固体颗粒，或氧化铝、活性炭等多孔性固体颗粒，或铜粉、氧化锌等导体和半导体固体颗粒。

浸润密度ρ的测量：选用最小分度值为0.0001g的天平称取被测固体颗粒样品放入比重瓶内，记录被测固体颗粒样品质量m₁＝10.0066g，记录比重瓶体积R_比重瓶＝25mL，添加浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液至比重瓶体积为25mL处的刻线，记录添加的浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液体积V_电解液＝22.61mL，计算被测固体颗粒样品的浸润密度ρ＝m₁/(R_比重瓶-V_电解液)＝10.0066/(25-22.61)＝4.19g/cm³；

初始固体颗粒粒径校准系数K_da的标定：使用已知峰直径标称值为75.00μm的聚苯乙烯乳胶球颗粒悬浮液粒度标准物质标定电阻法粒度分析仪的初始固体颗粒粒径校准系数K_da＝828.39；

样品制备：选用最小分度值为0.0001g的天平称取被测固体颗粒样品放入容量瓶内，记录被测固体颗粒样品质量m₂＝0.3498g，记录容量瓶容量V_T悬浮液＝250mL，添加浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液至容量瓶体积为250mL处的刻线，形成体积为250mL的含有被测颗粒样品和电解质溶液的悬浮液；

粒度分析：使用电阻法粒度分析仪测量上述悬浮液的粒度分布，设置被测体积V_m＝30mL，设置粒径间隔i＝5μm，得到并记录被测固体颗粒样品粒径间隔i＝5μm时的颗粒算术平均体积

和粒径间隔i＝5μm时的颗粒数量ΔN_i，并计算

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔN}}_i\stackrel{\‾}{V_i}=1.00556\×{100}^{10}\left({\mathrm{\μm}}^3\right)=1.00556\×{10}^{10}\×{10}^{-12}\left(\mathrm{mL}\right).$

计算电阻法粒度分析仪颗粒粒径校准系数

该样品为理想状态下的球形、非多孔、不导电的玻璃微珠，按本发明所述得到的粒径校准系数计算值K_d应该就是仪器初始粒径校准系数K_da，经计算，两者的一致性为99.88％。

实施例3：参见图3，本实施例中电阻法粒度分析仪的制造商为美国BECKMANCOULTER公司，型号为Mutisizer III；小孔管孔径1000μm，其对应的被测颗粒样品的粒径测量范围为20-600μm；粒度标准物质选用国家二级标准物质GBW(E)120008聚苯乙烯乳胶球颗粒悬浮液，峰直径的标称值为75.00μm；电解质溶液选用美国BECKMAN COULTER公司生产的浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液，商品名为ISOTON II；被测颗粒样品可选用云母、石英等不规则形状固体颗粒，或氧化铝、活性炭等多孔性固体颗粒，或铜粉、氧化锌等导体和半导体固体颗粒。

浸润密度ρ的测量：选用最小分度值为0.0001g的天平称取被测固体颗粒样品放入比重瓶内，记录被测固体颗粒样品质量m₁＝5.0196g，记录比重瓶体积R_比重瓶＝25mL，添加浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液至比重瓶体积为25mL处的刻线，记录添加的浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液体积V_电解液＝23.15mL，计算被测固体颗粒样品的浸润密度ρ＝m₁/(R_比重瓶-V_电解液)＝5.0196/(25-23.15)＝2.71g/cm³；

初始固体颗粒粒径校准系数K_da的标定：使用已知峰直径标称值为75.00μm的聚苯乙烯乳胶球颗粒悬浮液粒度标准物质标定电阻法粒度分析仪的初始固体颗粒粒径校准系数K_da＝1663.1；

样品制备：选用最小分度值为0.0001g的天平称取被测固体颗粒样品放入容量瓶内，记录被测固体颗粒样品质量m₂＝3.8740g，记录容量瓶容量V_T悬浮液＝250mL，添加浓度为0.9％的氯化钠电解质溶液至容量瓶体积为250mL处的刻线，形成体积为250mL的含有被测颗粒样品和电解质溶液的悬浮液；

粒度分析：使用电阻法粒度分析仪测量上述悬浮液的粒度分布，设置被测体积V_m＝30mL，设置粒径间隔i＝20μm，得到并记录被测固体颗粒样品粒径间隔i＝20μm时的颗粒算术平均体积

和粒径间隔i＝20μm时的颗粒数量ΔN_i，并计算

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔN}}_i\stackrel{\‾}{V_i}=1.34273\×{10}^{11}\left({\mathrm{\μm}}^3\right)=1.34273\×{10}^{11}\×{10}^{-12}\left(\mathrm{mL}\right).$

计算电阻法粒度分析仪颗粒粒径校准系数

Claims (1)

1.一种电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数K_d的测量方法，其特征是它包括如下步骤：

a、浸润密度ρ的测量，即称取被测固体颗粒样品并将其质量定义为m₁放入体积为R的比重瓶内，比重瓶的体积R定义为R_比重瓶，添加体积为V的电解质溶液并将其体积定义为V_电解液，计算被测固体颗粒样品的浸润密度ρ，ρ＝m₁/(R_比重瓶-V_电解液)；

b、初始固体颗粒粒径校准系数K_da的标定，即用已知峰直径的粒度标准物质标定电阻法粒度分析仪的初始固体颗粒粒径校准系数K_da，K_da为粒度标准物质峰直径的标称值与电阻法粒度分析仪测量得到的粒度标准物质峰直径的比值；

c、样品制备，即称取被测固体颗粒样品分散于电解质溶液中形成悬浮液，将被测固体颗粒样品的质量定义为m₂、电解质溶液的体积定义为T_电解液、悬浮液的体积定义为V_T悬浮液，V_T悬浮液是质量为m₂的被测固体颗粒样品和体积为T_电解液的电解质溶液的混合物体积；

d、粒度分析，即使用电阻法粒度分析仪测量体积为V_T悬浮液的悬浮液的粒度分布，设置体积为V_T悬浮液的悬浮液中的被测体积为V_m，设置粒径间隔为i，得到并记录被测固体颗粒样品粒径间隔为i时的颗粒算术平均体积

和粒径间隔为i时的颗粒数量ΔN_i；

e、按如下公式计算电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数K_d，

式中：K_d为电阻法粒度分析仪固体颗粒粒径校准系数；K_da为粒度标准物质峰直径的标称值与电阻法粒度分析仪测量得到的粒度标准物质峰直径的比值；浸润密度ρ＝m₁/(R_比重瓶-V_电解液)；m₂为样品制备时将要分散于体积为T_电解液的电解质溶液中的被测固体颗粒样品的质量；V_T悬浮液为样品制备时含有质量为m₂的被测固体颗粒样品和体积为T_电解液的电解质溶液的混合物体积；V_m为粒度分析时从体积为V_T悬浮液的悬浮液中抽取的被测体积；ΔN_i为粒度分析后测量得到的被测固体颗粒样品粒径间隔为i的颗粒的数量；

为粒度分析后测量得到的被测固体颗粒样品粒径间隔为i的颗粒的算术平均体积。

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