董青云總經理在第十五屆全國非金屬礦加工技術交流會上做報告
?。ㄖ袊垠w技術網/栗潔瓊)2014年10月22日,第十五屆全國非金屬礦加工利用技術交流會在江蘇宜興召開。與會期間,丹東百特儀器有限公司董青云總經理做了題為《激光粒度分析技術新標準解析》的報告。
新標準與舊標準的關系:(繼承和發展)
新ISO標準編號:ISO13320:2009(E)
原ISO標準編號:ISO13320-1:1999 通則
ISO13320-2:1999 反演程序的確認
新ISO標準與原標準的關系:(1)將原標準的兩個部分合二為一;(2)增加了一些新的內容。新的國家標準等同采用ISO13320:2009(E)的中國國家標準預計在明年正式發布。
1.增加的術語與定義
儀器重復性:由同一個人,用同一臺儀器,在相同條件下,在短時間內,對同一分散樣本進行多次測量,各次結果的某一個(或幾個)特征值的一致性程度。
方法重復性: 由同一個人,用同一臺儀器,在相同的條件下,在短時間內,對同一個樣本的不同子樣進行多次測量,各次結果的某一個(或幾個)特征值的一致性程度。
方法重現性:由不同的人,用同類但不是同一臺儀器,在相同條件下,對同一個樣本的不同子樣進行多次測量,各次結果某一個(或幾個)特征值的一致性程度。
2.標準允許的重復性最大誤差
重復性(包括方法和儀器的重復性):
通常重復性: X50≤3%; X10≤5%; X90≤5%
高性能重復性: X50≤0.5%;X10≤1%;X90≤1% 。
保證重復性的條件:儀器良好,操作方法正確;如果偏差大,要分析誤差來源或咨詢專家求得解決。
例外:在數值小于10微米時,上述誤差值可放大一倍,這時X50≤6%;X10≤10%;X90≤10% 。
重現性:標準中沒有給出具體數值,但給出了預期值:重現性的誤差可能會大于重復性誤差。
3.新光學與探測系統:多光束光學系統
4.激光粒度儀的準確性
通過測量顆粒度標準物質來判定,顆粒度標準物質分可溯源和不可溯源兩種。
可溯源的顆粒度標準物質:用于準確性驗證的,球形顆粒,X90/X10≥1.5,用絕對法或可溯源的技術定值,應給出折射率實部和虛部,有法定的序列號等。
不可溯源的顆粒度標準物質:在準確性試驗不是強制性的場合,標準允許使用不可溯源的顆粒度標準物質??梢允欠乔蛐蔚念w粒, X90/X10≥2,長徑:短徑≤3:1,性能穩定,用先進的激光粒度儀定值。
5.準確度要求
儀器準確性的鑒定:測試3個平行樣,只有重現性在標準允許的誤差范圍,才可以進行單次分析。
顆粒度標準物質的偏差要求:
10~30%累積分布值與標準值相比不應超過3%;
30~70%累積分布值與標準值相比不應超過2.5%;
70~90%累積分布值與標準值相比不應超過4%;
上述要求適合于有證標準物質和無證標準物質。
6.誤差來源
樣品制備往往是總誤差的主要來源:①取樣不當;②選擇性輸送;③分散不足或過頭;④溶解或團聚;⑤氣泡等。
理論假設與自己樣品的偏差:①非球形;②表面粗糙;③折射率偏差;④熒光;⑤不當的光學模型。
儀器與操作帶來的偏差:①樣品超過儀器測量范圍;②測量窗口或透鏡被污染;③對中不良(背景值大);④濃度過低或過高;⑤光學模型和參數不佳。
其它因素引起的偏差:①探測器數量不足;②折光率不當;③儀器缺陷(激光不穩,探測器不穩,電路波動)④鏡頭結霧;⑤環境因素(電壓、溫度、濕度、震動等)
7.誤差原因判定
用背景判斷儀器穩定性:測量1小時背景值,看它的偏差是否超出說明書中規定的范圍。
觀察各個探測器上的信號穩定性:可在測量背景時觀察,也可在測試樣品時觀察。如果發現某一個或幾個探測器信號異常,要檢查樣品池、鏡頭、電路、氣泡等。
通過比較實際濃度與理論濃度尋找誤差原因:如果差異較大,說明電路、探測器、光源等存在問題。
其它:操作方法和環境因素
8.分辨力和靈敏度
影響因素:①探測器數量、位置及幾何形狀;②信噪比;③相鄰粒徑散射光分布的差異;④顆粒材料的實際粒度范圍;⑤光學模型的適當性;⑥反演計算中采用的平滑處理方法的適當性。
激光法最小分辨力:一般激光粒度儀能分辨出相鄰兩個最小粒徑之比為1.1。如100-90,50-45,10-9,1-0.9等。如果間隔縮小為100-95,50-48,10-9.5,1-0.95,就分辨不開了。
例外:①采取特殊設計的激光粒度儀的分辨力可能大于1.1;②反演計算對少量大顆粒的靈敏度更低,因為采用的是探測器信號的平均值。
9.驗證儀器分辨力或靈敏度的簡單方法
用已知組份的不同粒徑的混合樣來驗證儀器分辨力和或靈敏度。如將一個5um和一個50um的樣品按比例混合,結果為雙峰表明儀器分辨力高,相連雙峰或單峰表明分辨力低。
10.標準對粒度分析結果的描述
結果可信度范圍:在X5-X95之間。標準認為,0-5%和95%-100%這靠近兩端的范圍,容易受不確定度和系統誤差的影響,可信度較低。
關于X100:“本標準不允許使用X100值”。這一點可能有的用戶并不認同,堅持要測最大粒徑X100,而激光粒度儀測量最大粒徑恰恰是它的短板。
報告單:為確保不同實驗室、不同操作人員對測量結果的重現性,報告單應有取樣方法、分散方法、遮光率、折射率、泵速、分散劑、分析日期、分析人員等。
11.“附錄E:對獲得更高測量精度的建議”
可靠的激光衍射法粒度分析應滿足下列要求:。
樣品:均勻,穩定,易分散,小的長徑比,已知光學特性,均質,X90/X10=1.5-4,具有代表性。
特征粒徑:應在體積粒度分布為5 %-95 %之間選擇特征粒徑,在此范圍之外的精度會下降。
分散:應使顆粒充分分散成為穩定的原始顆粒懸浮液,沒有團聚,沒有破碎,分散液中沒有氣泡。
條件:良好的環境,儀器狀態正常,光學模型。
測試方法的制訂:
固定方法:找到了成功的測試方法就要固定下來。
研究樣品:顯微鏡看,適合干法?濕法?多次測。
12.總結
激光粒度分析是目前應用最廣泛的一種方法,它具有“寬、快、簡、廣”等特點,但它也不是萬能的,它會受環境、樣品、儀器、人等影響。
要得到準確的粒度分析結果,就要研究樣品,研究儀器,研究標準,找到更適合自己的方法。
粒度分析激光衍射法標準ISO13320:2009(E)是正確進行粒度分析的指南,與舊的版本相比,新標準的內容更加具體,貼近實際,具有更明確的可操作性和指導性。
不久內容相同的國家標準即將發布,新標準將對粒度測試工作由很好的指導作用。
本文是根據丹東市百特儀器有限公司總經理董青云在第十五屆全國非金屬礦加工應用技術交流會的報告整理而成。
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