一种用于电阻法粒度分析中固体颗粒计数有效性的测量方法

摘要

本发明涉及计量测试技术领域，尤其是涉及一种用于电阻法粒度分析中固体颗粒计数有效性的测量方法。一种用于电阻法粒度分析中固体颗粒计数有效性的测量方法，其特征是它包括如下步骤：a、浸润密度ρ的测量；b、样品制备；c、粒度分析；d、按粒度分析测量结果计算固体颗粒质量数

说明书

技术领域

本发明涉及计量测试技术领域，尤其是涉及一种用于电阻法粒度分析中固体颗粒计数有效性的测量方法。

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，如江河中的泥沙、空气中的粉尘等自然界中的固体颗粒，奶粉、茶粉、孢子粉等食品中的固体颗粒，针剂及输液中的不溶性微粒，细胞、脂肪乳滴等医药产品中的液体颗粒，涂料、染料、磨料、粉末冶金等化工产品的固体颗粒；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ISOTON II。

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。小孔管中的小孔孔径为一固定值，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。

颗粒粒径的测量范围与小孔管的小孔直径D有关。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》(作者：王乃宁)中指出“颗粒流过小孔时的电阻变化正比于颗粒的体积，二者之间呈线性关系。”，“有的学者认为上述线性关系只有当颗粒粒径D与小孔直径O的比值D/O＜30％或40％时才存在；而有的学者认为当比值D/O＞70％后才偏离线性规律”。在仪器制造商美国BECKMANCOULTER公司生产的型号为Mutisizer III的仪器说明书中明确指出“每一个管径允许大小在孔径的2％到60％范围内微粒的测量。”在实际应用时，我们通常将颗粒粒径测量范围限定为小孔直径的2％-60％。

对于一个颗粒样品，其颗粒粒径通常会有一定的分布范围，有的分布范围较窄，有的分布范围较宽。对于一个未知样品，为避免因大颗粒而引起的小孔管中小孔的堵塞，往往会选择较大孔径的小孔管，但测量下限却会因此而提高，如果颗粒样品中颗粒粒径分布较宽，就会导致很多粒径较小的颗粒无法检测到，由此引起粒度分布的测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种发现现有技术缺陷的、采用一个量化的值来判断电阻法粒度分析中固体颗粒计数有效性的方法，并以此来选择恰当孔径的小孔管进行有效的粒度分析。本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种用于电阻法粒度分析中固体颗粒计数有效性的测量方法，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、样品制备，即称取被测固体颗粒样品并将其质量定义为m₂分散于体积为T的电解质溶液中形成体积为V_T的悬浮液，体积为T的电解质溶液定义为T_电解液、体积为V_T的悬浮液定义为V_T悬浮液，V_T悬浮液是m₂和T_电解液的混合物；

c、粒度分析，即使用电阻法粒度分析仪测量V_T悬浮液的粒度分布，设置V_T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V_i和粒径间隔为i时的颗粒数量ΔN_i；

d、按粒度分析测量结果计算V_T悬浮液中被有效计数的固体颗粒质量数M_m，

式中：M_m为V_T悬浮液中被有效计数的固体颗粒质量数；浸润密度ρ＝m₁/(R_比重瓶-V_电解液)；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；V_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的颗粒的算术平均体积；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电解质溶液T_电解液的混合物；V_m为粒度分析时从V_T悬浮液中抽取的被测体积；

e、以回收率p确定固体颗粒计数的有效性，

$p=\frac{M_m}{m_2}\times 100\%$

式中：M_m为V_T悬浮液中被有效计数的固体颗粒质量数；m₂为样品制备时称取的将要分散于V_T悬浮液中的被测固体颗粒样品的质量。

本发明中所称“回收率”其绝对值越高，说明电阻法粒度分析中固体颗粒样品计数的有效性越好，测量结果越接近真实值。本发明中所称电阻法粒度分析中固体颗粒计数有效性的判断原则如下：假设回收率预设值为97％(即假设测量过程中产生的各种不可避免的测量误差为3％，如样品称量产生的误差，样品制备产生的误差，粒度分析仪产生的测量误差等)，粒度分析测量结果的回收率计算值为99.0％，现有小孔管孔径满足样品颗粒粒径的分布范围，粒度分析测量结果有效；若回收率小于预设值，则需更换孔径更小的小孔管，或使用2个或更多的小孔管一起进行测量，以得到一个完整的粒度分析结果。

本发明中被测颗粒样品均为现有技术的固体颗粒样品(受发明方案中测量方法所限，不包括现有技术中的液体颗粒样品)，如江河中的泥沙、空气中的粉尘等自然界中的固体颗粒，奶粉、茶粉、孢子粉等食品中的固体颗粒，针剂及输液中不溶性微粒，各类粉末药品中的固体颗粒，涂料、染料、磨料、粉末冶金等化工产品的固体颗粒等。

本发明由于采用上述技术方案，其优点在于：①使用一个量化的值来判断电阻法粒度分析中固体颗粒计数有效性；②发现并避免因小颗粒未被检测而引起的粒度分析测量误差，从而提高测量的准确性；③在测量上具有普遍实用性。

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；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江河中的泥沙、空气中的粉尘等自然界中的固体颗粒，奶粉、茶粉、孢子粉等食品中的固体颗粒，针剂及输液中不溶性微粒，各类粉末药品中的固体颗粒，涂料、染料、磨料、粉末冶金等化工产品的固体颗粒等。

a、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；

b、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＝0.0363g，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；

c、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V_i和粒径间隔i＝1μm时的颗粒数量ΔN_i，并计算$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta N_i{\bar{V}}_i=1.49136\times {10}^8\left({\mathrm{\mu m}}^3\right)=1.49136\times {10}^8\times {10}^{-12}\left(\mathrm{mL}\right);$

d、按粒度分析测量结果计算V_T悬浮液中被有效计数的固体颗粒质量数M_m，

e、以回收率p计算固体颗粒计数的有效性，

$p=\frac{M_m}{m_2}\times 100\%=\frac{0.03594}{0.0363}\times 100\%=99.0\%.$

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；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江河中的泥沙、空气中的粉尘等自然界中的固体颗粒，奶粉、茶粉、孢子粉等食品中的固体颗粒，针剂及输液中不溶性微粒，各类粉末药品中的固体颗粒，涂料、染料、磨料、粉末冶金等化工产品的固体颗粒等。

a、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；

b、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＝0.5020g，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；

c、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V_i和粒径间隔i＝5μm时的颗粒数量ΔN_i，并计算$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta N_i{\bar{V}}_i=9.51616\times {10}^9\left({\mathrm{\mu m}}^3\right)=9.51616\times {10}^9\times {10}^{-12}\left(\mathrm{mL}\right);$

d、按粒度分析测量结果计算V_T悬浮液中被有效计数的固体颗粒质量数M_m，

e、以回收率p计算固体颗粒计数的有效性，

$p=\frac{M_m}{m_2}\times 100\%=\frac{0.33237}{0.5020}\times 100\%=66.2\%.$

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2-600μm；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江河中的泥沙、空气中的粉尘等自然界中的固体颗粒，奶粉、茶粉、孢子粉等食品中的固体颗粒，针剂及输液中不溶性微粒，各类粉末药品中的固体颗粒，涂料、染料、磨料、粉末冶金等化工产品的固体颗粒等。

a、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；

b、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＝1.0265g，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；

c、粒度分析：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V_i和粒径间隔i＝20μm时的颗粒数量ΔN_i，并计算

d、按粒度分析测量结果计算V_T悬浮液中被有效计数的固体颗粒质量数M_m，

e、以回收率p计算固体颗粒计数的有效性，

$p=\frac{M_m}{m_2}\times 100\%=\frac{1.00804}{1.0265}\times 100\%=98.2\%.$