粒度分析+光子相关光谱法.pdf

i cs 1 9 . 1 2 0 a 2 8 沥8 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 g b / t 1 9 6 2 7 - 2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 粒度分析光子相关光谱法 p a r t i c l e s i z e a n a l y s i s -p h o t o n c o r r e l a t i o n s p e c t r o s c o p y ( i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 , i d t) 2 0 0 5 - 0 1 一 1 3 发布2 0 0 5 - 0 8 - 0 1实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 目次 前言 ， ， ， ， m 引言 ， n 1 范 围、 、 、 ， ， 、 、 ， 。 1 2 术语和定义 ， ， 1 3 符号与缩略语 ， ， ， ， ， 1 4 原理 ， ， ， ， 1 5 测量仪器和设备 ， ， ， . . 。 . . . . . . . ， . . . . . . 2 6 预备程序 ， ， ， ， ， 2 7 测量程序 ， ， 3 8 校准和验证 。 ， 4 9 重 复性 ， ， ， ， ， 4 1 0 钡 i 试报告 ， ， . 4 附录 a ( 规范性附录) 颗粒平均粒径及多分散指数的计算 6 附录b ( 资料性附录) 推荐的测试报告格式 ， ， ， 8 附录c ( 资料性附录) 理论背景 ， ， . . . . . . . . 1 1 附录d( 资料性附录) 典型的p c s仪器及推荐的技术规格 、 1 4 附录e ( 资料性附录) 样品制备 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 参考 文献 ， ， 2 1 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 o li吕 本标准等同采用i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 ( e ) ( 粒度分析光子相关光谱法)(英文版) 。 本标准与i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 ( e ) 相比主要变化如下: 用“ 本标准” 代替“ 本国际标准，; 用小数点“ . ” 代替作为小数点的逗号“ ， ” ; 重新 编排页码 ; 重新编号注释; 删除国际标准中有关 i s o的前言部分; 增加有关标准编制说明的前言部分; 对 7 . 7中有关标准偏差计算公式的印刷错误作如下更正: 原 文 为 :、一 n - 1 i (二 一 (二)z，现 更 正 为 :、一 捧 一n - 1三 本标准的附录 a为规范性附录; 附录b 、 附录c 、 附录d和附录 e是资料性附录。 本标准由全国筛网筛分和颗粒分检方法标准化技术委员会提出。 本标准由全国筛网筛分和颗粒分检方法标准化技术委员会归口 本标准起草单位: 上海市计量测试技术研究院、 机械科学研究院 本标准主要起草人: 吴立敏、 王晓艳、 盛克平。 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / 1 s 0 1 3 3 2 1: 1 9 9 6 引言 目前， 光子相关光谱法( p c s ) 是测量亚微米级颗粒粒度的一种常规方法此项技术的成功应用主 要是基于这些事实: 可以在几分钟内统计出平均粒径; 并且使用方便的商品化仪器亦已推出。尽管如 此， 仪器的正确使用和测量结果的解释仍需谨慎。因此， 需要建立一个光子相关光谱法测定粒度的标 准， 提供一套方法， 使实验室间在测量准确度和再现性上， 能有良好的一致性。 虽然 p c s可以测定粒度分布， 但是本标准仅限于有关粒度分布描述的两个参数 : 平均粒径和多分 散指数， 这两个参数可用累积分析法获得( 见附录 a ) 。这不排除在粒度分布测量中获得的更多的关于 粒度分布的详细信息。就目前的技术水平， 因粒度全分布的计算方法的重现性和可靠性不够好， 而未编 人标准中去; 此外， 本标准不排除在特殊应用中进行可以接受的粒度分布的测定 本标准推荐使用真空中波长为 6 3 2 . 8 n m的 he - ne 激光光源、 在 9 0 0 的单一角度散射时作测量。由 于其他波长的固态激光光源有可能用于未来的仪器中， 本标准也推荐使用这些仪器; 虽然本标准给出的 测量程序仅限于在单一角度下的测量， 但是也包括在其他散射角进行的测量或用同一台仪器在不同散 射角同时测量获得的一些附加测量结果和有价值的附加信息 本标准在测试过程中使用各向同性的球状颗粒。非球状和/ 或各向异性的颗粒也可用此方法测量， 它们的粒径 以等效球 直径来表示 。 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 21 : 1 9 9 6 粒度分析光子相关光谱法 范 围 本标准规定了利用光子相关光谱法( p c s ) 测量分散于液体中的颗粒的平均粒径和粒径分布宽度的 方法 本标准适用颗粒粒径范围从几个纳米至大约 1 微米或至颗粒开始沉降时的粒径。在数据分析过程 中( 见附录a和参见附录c ) , 假设颗粒都是各向同性的和球形的 注: 本方法也称为准弹性光散射( qe i . s ) 和动态光散射( d l s ) 2 术语和定义 下列术语和定义适用 于本 标准。 平均粒径 x _ a v e r a g e p a r t i c l e d i a m e t e r 调谐强度一平均粒径， 由附录 c中等式( c . 1 0 ) 确定 单位: n m ( 1 0 - o m ) 。 多分散指数p i p o l y d i s p e r s i t y i n d e x 粒径分布宽度的量度， 由附录 c中等式( c . 9 ) 确定。 无量纲 。 散射体积v s c a t t e r i n g v o l u m e 人射激光光束中被光收集器或检测器接收到的部分。 典型的数量级是: 10-,cm. 符号与缩 略语 b 强度自相关函数的截距值 参见附录 c的等式( c . w ; b -对于给定的光学检测系统的截距 b的最大值; 颗粒物质的浓度， 单位为摩尔每升( m o l/ l ) ; g 2 ( r ) 强度自相关函数; n 分散介质的折射率; nv 在散射体积v中的颗粒的个数; r分散介质的豁度， 单位为毫帕秒( mp a “ s ) ; f衰减率; a o 真空中激光的波长( 氦氖激光的波长为 6 3 2 . 8 n m ) ， 单位为纳米( n m ) ; 0颗粒体积分数; p颗粒密度， 单位为克每立方厘米( s / c m ) ; 6散射角， 单位为度( 。 ) ; p 二阶累积量。 原理 样品颗粒以适当的浓度分散于液体介质中， 一单色相干的激光光束照射到此悬浮液， 被颗粒散射的 7 g b/ t 1 9 6 2 7 - 2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 光在某一角度( 通常为 9 0 0 ) 被检测器记录， 并传送至相关器。累积分析法从平均粒径和多分散指数角 度解释了散射光强度 自相关函数的衰减 附录 c提供了用p c s测量粒度的一些理论的背景资料。 5测f仪器 和设备 一台典型的光子相关光谱仪的主要部件列出如下。 5 . 1 激光 单色偏振发射光， 其电场分量垂直于人射光束与检测到的光所构成的平面( 垂直偏振) ， 例如一个输 出功率为 2 m w-5 mw 的氦氖激光器。 5 . 2样 品池 可控制及测量温度 ， 误差在士0 . 3 范围内 53 主光束截止器 5 . 4 光学系统和检测器 在某一角度下， 例如 9 0 0 ， 收集被样品散射的光， 并转化为数字信号。如果仪器内含有检偏振光镜， 它应位于垂直位置， 也就是偏振光具有最大的透光率， 它的电场垂直于人射光束与散射光束构成的 平面 。 5 . 5 相关器 5 . 6 计算单元 注:能符合本标准的商品仪器或自制仪器均可使用。在不同制造厂商生产的仪器中， 或在同一厂商生产的不同型 号的仪器中， 在仪器的硬件和软件方面会有一些显著的差别。对于仪器特性的确切评估 仪器说明书可能无法 提供足够的信息， 因此附录d提供了 p c s仪器的推荐技术规格。 6预备程序 6 . 1 仪器安置 仪器应置于清洁的环境中， 避免强烈的电子噪声和机械震动， 避免阳光直射。如果使用有机液体 ( 例如作为折射率匹配的液体和/ 或作为悬浮的介质) ， 应考虑当地的健康和安全要求， 并配有良好的通 风设施。仪器应放于一个防震的工作台上， 以避免光学系统频繁的对焦。 注:另一种防震的方式是仪器内部装有结实的光具座。 替告: p c s仪器装有低或中功率的激光， 其辐射会造成永久性眼损伤。切勿直接注视激光光束或其 反射光束， 当激光光束打开时， 勿使用具有高反射性的表面务必遵守当地激光使用安全 守则 。 6 . 2 样品的制备和检查 6 . 2 . 1 样品应在液体介质中有良好的分散性。分散介质应满足下列要求: a ) 在激光波长下应是可透过( 不吸收) 的; b ) 与仪器所用的材料相兼容; c ) 样品颗粒在该液体介质中不溶解、 不膨胀、 不团聚; d ) 其折射率与颗粒的折射率不同; e ) 已知其折射率及勃度， 准确度应优于。 . 5 %; f ) 应充分过滤。 水是经常使用的一种分散介质。推荐使用新鲜的蒸馏水( 蒸馏器应用石英玻璃器皿制成) 或者是去 离子过滤水( 滤膜孔径 。 . 2 c m) 。对强电荷稳定化的分散体系， 分布较宽的颗粒的相互作用会影响检测 结果， 加人微量的盐类( 例如浓度约为 1 0 m o l / l的 n a c l ) 可减少颗粒间的相互作用。 如果在短的时间间隔内( 例如间隔0 . 15 ) 记录到的按时间平均的散射强度信号( 计数率) 突然出现 g b/ t 1 9 6 2 7 - 2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 高计数率， 则说明液体介质中存在灰尘的污染; 激光光束中闪耀光点的出现通常也表示液体介质中有灰 尘。这些液体介质在使用前应( 通过过滤和/ 或蒸馏) 进一步净化。 无灰尘或污染的液体介质在仪器中不产生散射信号( 或信号极低) 。 样品的制备方法参见附录 e o 6 . 2 . 2 样品颗粒的浓度应有一适当的范围， 最小浓度由下列两个条件确定: a ) 含有分散颗粒的样品所产生的散射光强度( 计数率) 应比分散介质的散射光强度至少大 1 0 倍 b ) 散射体积中样品颗粒数 nv 至少约为 1 0 0 0 个( 在 5 0 0 -1 0 0 0范围内也可接受) 。 注: 这个数值可以从 p c s 平均粒径x 、 5 、 颗粒体积分数0和测量体积v. 由下式估算: nv= 6 你/ 二 二 含 ; v值的典型数量级是 1 。 一 “ c m ( 该值可以从仪器生产商所提供的说明书中查到) ， 这一等式只与单分散的颗粒体系 相关; 对于多分散的颗粒体系， 在散射体积中颗粒的实际数量可能远大于上述等式中所预测的值。如果这一大数量密度 不能兼顾下述单散射准则 0-0， 则需要进一步稀释， 或者增加接收器的相千孔径， 或者增大人射激光光束以增加测量 体积。测量的截距也将相应地减小这种折衷办法不允许用于以校准和检定为目的的测试。 最大浓度只有在单次散射即没有多次散射条件下才能被确定。没有多次散射所引起的显著影响， 可由以下三项核验条件来确定: c ) 样品应该是透明的， 且看上去很清晰， 或仅有轻微的云雾状或混浊， 这些应该在样品放人仪器 前 核实 d ) 测量的截距( 见附录a中对它的测定) 与其最大值( 见生产厂的说明书或第 8章中对它的定 义) 的比值至少应为 。 . 8 , e ) 如果能间接看到激光光束通过样品， 应能看到一束明显的平行光束， 不存在围绕激光光束发散 的光环或者任何明显的吸收。 注: 若可能， 推荐进行附加核验: 用分光光度计， 在所用激光波长下、 光程长为 1 c m时， 测量样品的光密度() . d . ) 当o . d . 大于0 . 0 4时， 可以认为有多次散射的影响 在许多应用中， 当粒径小于约 5 0 0 n m时， 可满足上述要求的分散的颗粒物质的体积分数( 幻的范 围在1 0 - 5 -1 0 - 1 单位体积中 分散物质的 质量浓度( c ) 等于颗粒密度p 乘以体积分数$ ( c = p 幻 。对于 多分散和/ 或大颗粒， 为了达到增加测量体积的目的， 若既不增大接收相干孔径、 也不增大人射激光光束 直径， 也许没有合适的浓度可以同时满足条件 b ) c ) 和d ) 。如果是这样， 那么得到的截距可能也无法满 足条件d ) 。当颗粒粒径大于 i f m时， 条件 b ) , c ) 和 d ) 只能在特殊的情况下才能得到满足。 7测f程序 本测量程序假定仪器已正确安装和调试 ， 操作者熟悉仪器手册 7 . 1 仪器接通电源， 预热 一般需0 . 5 h ， 使激光强度稳定、 样品支架达到设定温度。 7 . 2 检查分散介质并记录空白分散介质散射的平均计数率。 7 . 3 将一份分散的样品( 分散介质与颗粒样品) 放人仪器中， 待样品与样品支架的温度达到平衡。温度 控制和测量的准确度在 。 . 3 内。 注: 在光程长为 1 c m的样品池的测量体积中， 温差仅为 3 时， 液体借助于热扩散使温度达到平衡大约需要 1 0 mi n 。如果样品温度未达平衡， 那么测定以水为分散介质的样品时， 粒径测量误差为2 肠/ 。 可选择的方法有: 方法一， 测量室温， 仪器样品支架温度的设定值与室温误差小于0 . 3 *c， 样品因而能迅速 平衡到室温， 放人样品池后可立即测量; 方法二， 样品他放在恒温浴中， 仪器样品支架温度的设定值与恒温浴温 度差应小于0 . 3 0c， 在这种情况下， 测量前应除去样品池外壁的水， 以免影响分散介质的折射率 7 . 4 应记录下列数据: 样品标识、 激光波长和散射角( 必要时) 、 测量温度、 分散介质的折射率和茹度、 颗 粒浓度， 以及任何其他有关细节。 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 7 . 5 预备性测量， 以核验颗粒浓度是否太低 在散射体积中颗粒数小于 1 0 0 0 个， 见 6 . 2 . 2 中 b 或者太高 见 6 . 2 . 2中 d ) ) 。核验平均散射强度( 计数率) 的范围应在 5千个/ 秒( k c o u n t s / s ) 至 1 0 0 0千个/ 秒 c 5 0 0 。 个/ 秒( c o u n t s / s ) - 1 0 0 0 0 0 0 个/ 秒 。 若不符， 用另一不同 颗粒浓度的 样品重新测量。也 可使用其他 的激光功率做测量。 7 . 6 对于每一种样品至少应重复测量 6 次， 每次测量持续时间不少于 6 0 s ， 并贮存测量结果。对于计 数率低于2 0千个/ 秒 ( 2 0 0 0 0个/ 秒) 的样品， 测量持续时间( s ) 至少 等于 1 2 0 0千个除以计数率 ( 千个/ 秒) c 1 2 0 0 0 0 0 个除以计数率( 个/ 秒) 7 . 7 i f ; k v 和多分散指数 p i ， 计算其平 均值 : 2 5 / ( p ) 时的偏( 动的估算值。 建议基线a的两种计算方法都作测定， 并保留两者中的最大 的值。但是， 当基线的两种估算值之间的相对差值大于最小值的 1 0 2 倍时， 测量应作废， 并重新测量。 对于y , = y ( r i ) ， 所保留的数值范围应对应于 g ( r , ) - a d c g 动-a ) c g ( r , ) - a ) / 1 0 0 中 偏( 动 - a 的范围， 其中至少有一个值要小于抓吼( r , ) -a ) / 5 0 ， 在此范围内的 g , ( r , ) -a ) 所有 的值必须为正值， 否则测量应作废， 并重新测量。 在可以接受的范围内+ y i 值的个数m至少应为 2 0 , 参数“ o , a ， 和a : 的确定是用最小二乘法将实验确定的厂r , ) 与等式( c . 1 幻拟合， 即求下式的最 小化: s ( a o , a i , a 2 ) 二艺w ; ( y ， 一 a o +a , r 一 a 2 r , 2 ) 2 ， 一( a . 2 ) 了 一 1 在等式( a . 2 ) 中归一化的权重因子: m c g 2 ( r , ) 一a) 见c g ( r , ) 一 a ) 2 表示原始数据 g : 的非线性转换成 y ( z ) 值中所占的份额 p c s 平均粒径x -由a ， 通过下式计算: 1、k t产 4 a n s i n ( b / 2 ) 、 s 玩5 =石入 3 w ,? 1 一 1 0 一 ) ( a. 3 ) 式 中 : k -波耳兹曼常数; t一 绝对温度， 单位为开尔文( k ) ; i . 分散介质的私度， 单位为毫帕秒( m p a 5 ) ; n 分散介质的折射率; 6散射角， 单位为度( “ ) ; a , 真空中激光波长， 单位为纳米( n m) , gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 多分散指数 p i 与 a : 和a , 有关 ， 由下式计算 : p i =2 a 2 / a , z ， (a . 4) 实际的截距 b由a 。 和a得: b= 吮x p ( 2 a o ) d / a 、 (a . 5) 并可与在给定的实验条件下求得的最大值 b . . 、 比较。若 b与 b m 、 的比值 b/ b m 。二 1 0 倍分散介质的计数率， 并且范围在 5 k c o u n t s / s 到 1 在体积v中估算的颗粒数( 1 0 0 0 ) :_ 样品的外观( 不允许不透明样品) : 清澈口蓝光效应口 激光光束穿过样品( 不允许有散布的光环或明显的吸收) : 明显的平行光束口 截距b的测量值: 比值b i b . . . ( )o . 8 0 ) :- 1 c m光程长度的 光学密度( 若已 知) :_ 消偏振率( 若已知) : _ . 一次实验持续的时间( )6 0 “ ) : - - -一 实验次数( 6 ) :_ 数据拟合的方差:_ _ z- ( n m ) 及 p i 的测量结果列表: ._ 8 / c m mp a s ( 或 c p ) c m k c o u n t s / s k c o u n t s / s 0 0 0 k c o u n t s / s ) 轻度混浊口 实 验 序 号i ks / n m pi 1 2 3 4 5 6 b . 5 其他 结果( 任选 ) 其他角度所作的p c s测量( 说明) : 多角度 p c s 测量结果( 说明各角度) : 其他方法得到的测量结果( 说明) : b . 6 测f者标识 实验室( 名称和地点) : gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 21 : 1 9 9 6 操作者( 姓名或缩写) : 日期 : b . 7 评 语( 任选 ) b . 8 结 果综述 样品 : 浓度 1 p c s 平均粒径 二 二 5 ( 平均值) : 标准偏 差: 多分散指数p i ( 平均值卜 标 准 偏 差， 浓度 2 p c s 平均粒径 x s ( 平均值) : 标 准 偏 差， 多分散指数 p i ( 平均值) : 标 准 偏 差， 浓度 : 二 如果 i c s 和p i 与浓度有关， 给出外推到无限稀释时的结果( 或在最低浓度时的测量结果) p c s 平均粒径 po s ( o -o ) ( 平均值) :_ _ 标准偏差:_ 多分散指数p i 禅 0 ) ( 平均值) :_ 标准偏 差 : n mn m gb/ t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 附录c ( 资料性 附录 ) 理 论 背 景 在一个典型的p c s试验中， 一束狭窄的单色相干光源， 即真空中单一波长 a 。的激光光束， 照射到 被测分散体系， 被分散颗粒散射的光在某一角度 0 ( 在本标准中典型值为 9 0 0 ) 被连续地测量。由于分散 颗粒连续地作布朗和/ 或热运动， 观察到的散射光强度 i ( t ) 将沿时间轴而涨落， 因此分析这些散射光强 度随时间涨落的函数可提供分散颗粒的运动信息。在一个 p c s 试验中， 时间分析是由一个相关器来完 成的， 相关器建立了散射光强度的时间自相关函数 g z ( r ) g2 ( 约 = ( i ( t ) ( t +r ) ) ， (c. i) 此相关函数只取决于时间差 r ， 而与 认( r ) 开始测定的任意时间t 无关， 符号(.二 表示对于不同时 间t , ( i ( t ) i ( t +r ) ) 的 乘积的 平均值。 对于在测量体积 v中作布朗运动的大量单分散颗粒， g : ( 约本质上是时间差 r的一个指数衰减 函数 : g 2 ( r )= a c 1 + be x p ( 一2 1 约 ， (c. 2) 在等式( c . 2 ) 中， 原则上a是一个与时间无关的常数， 它正比于散射光强度时间平均值 二 al 艺 1 ) 因为s t o k e s - e i n s t e i n直径反比于衰减率仁 见式( c . 3 ) 和式( c . 5 ) ， 本标准中式( c . 8 ) 亦被用于定义 p c s平均粒径 t p c s 2_一 f 0 1 g cr (r 二 ) d d ( 、 。 . 10 ， 因 为 在 式 ( c . 1 0 ， 中 ， g c r ( 二 ， “ ( 士 ) 代 表 了 直 径 范 围 在 二 f n z + d 二 之 间 的 颗 粒 的 散 射 光 强 度 部 分， 由式( c . 1 0 ) 所定义的 p c s平均粒径2k ， 是一个调谐强度一平均粒径。 注意: 此平均粒径通常不同于并且大于重量一 平均粒径， 它也不同于如( 低角度) 激光散射或衍射所 测得的平均粒径。 亦请注意: 对于一个给定的粒径分布， g ( r ) 取决于激光波长、 偏振状态和散射角 乳见等式( c . 3 ) 及 ( c . 4 ) d ， 因此对于一个给定样品， x _及p i 取决于这些因素。所以建议散射角固定在 9 0 0 . 并且使用一 t 2 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 21 : 1 9 9 6 个有固定波长( 波长为 a 0 =6 3 2 . 8 n m的氦氖激光) 的垂直偏振的光源， 或用其他的散射角和波长的组 合， 并尽可能地保持 s i n c 9 / 2 d / 入 。 的比值不变。当测定颗粒直径小于 3 0 n m的分布时， 二 二 s 及 p i 并不 显著地取决于激光波长( 及散射角) ， 对于这类样品， 需要一个更大功率的激光光源。建议使用其他波长 ( 如波长为4 8 8 n m或 5 1 4 . 5 n m的氨离子激光) 、 垂直偏振的、 功率更大的激光光源。 在累积分析法 3 i 式( c . 7 ) 中， 因子e x p ( -p r ) 在 e x p 一( p ) r ) 附近展开， 得到一个延迟时间的多项 式。截取该多项式的二阶项， 式( c . 6 ) 可近似地被表达为: g , ( r )=ac 1 +b e x p一2 ( p ) r ) ( 十p r2) (c . 1 1) 或为 : g 2 ( r )=ac 1 +b e x p ( 一2 ( p ) r +/u z r z ) 一(c . 1 2) 此等式是测定平均衰减率( p ) , p ， 的基础， 因而也是附录a中描述的测定平均粒径二 二 5 及多分散指 数 p i 的基础。 详细信息参见参考文献。 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 21 : 1 9 9 6 附录d ( 资料性附录) 典型的 p cs仪器及推荐的技术规格 p c s 仪器的一般结构如图d . 1 所示。 图 d . ， p c s仪器的典型装里 在大多数 p c s仪器中， 使用固定波长为 6 3 2 . 8 n m的单色相干的氦氖激光器作为光源， 未来的仪器 可能配备其他波长的激光二极管。通常使用的激光功率为 2 mw-5 m w。在测量粒径低于3 0 n m的 小颗粒时， 采用较大功率如 1 5 mw-2 5 mw 的氦氖激光， 或波长为4 8 8 n m或5 1 4 . 5 n m的氢离子激光 是有益的。然而， 当激光功率大于2 5 m w， 样品中热对流产生的危害将随着激光功率的增加而增加， 造 成分析结果的不确定。 仪器中包含一块透镜 ， 用于将激光光束聚焦到测量体积中。透射过样品的激光辐射被主光束截止 器截止而大幅衰减。有些仪器提供透射功率的测量。在某个角度 0 ( 典型的是 9 0 0 ) 被散射的辐射由具 有适当光学系统的检测器所收集在一些仪器中， 检测器及其光学系统被装在可移动的测角仪的臂上， 允许散射角度的改变。在这些仪器中， 对于氦氖激光光源， 散射角建议设定在 9 0 0 ， 对于使用其他波长 的光源， 建议设定到可以满足下述要求的角度 0 : 涯 、 万 入赢 夕-2 n s 式中入 是光源在真空中的波长， 用纳米表示。注意， 如果颗粒直径约大于3 0 0 n m并且具有较宽的 _ ， _ .，_._ ，.。. /0 、 、 一 、 ， 二， ， ， 、 ， 。 。 一 。 价 。 。 二 * 、人 、 * ， 、 二 ，。 分 布 ， 则 半均 粒径p i 能 勺比 但s i n ( 万) / n 0 们 天 ， 月 些 仪 命 仕 恒mi d b s 9 u 促 惜 一i “ m 8 派 汀 价 茄 来自检测器的信号经放大鉴别后成为数字形式( 一串脉冲) 进人相关器单元。 量、 贮存处理信号和计算结果。 建议仪器制造商提供 p c s仪器下列各项的详细说明 建议 自 制仪器提供下列 i 4 计算单元用于控制测 b ) 一f ) 项 : g b/ t 1 9 6 2 7 - 2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 a ) 一般规格 功率要求; 质量 ; 尺寸 ; 安全及健康要求。 b )激光光源 类 型; 波长， 单位为纳米; 功率， 单位为毫瓦; 偏振状态( 本标准只允许使用垂直偏振) c )光谱仪 散射角度， 包括其范围( 如果有) ; 9 。 。 时的散射体积; 可得到的自相关函数中截距的最大值 b - . . 对于允许使用的不同检测光学条件的仪器( 例如在检测器前使用不同的光学孔径) ， 应给出能满足 上述 a ) - c ) 项要求的检侧条件( 光学孔径) 。 样品池的类型及材料。 d ) 检测器/ 检测器电子器件 类型 ; 暗计数 ; 最小脉冲间隔分辨率。 e )相关器 f ) 计算单元 。 g b/ t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 : 1 9 9 6 附录e ( 资料性 附录 ) 样 品 制 备 e . 1 概 述 本附录规定了样品制备的三个部分: 溶剂的 净化( 见e . 2 和e . 3 ) ; 样品池的清洁( 见 e . 4 ) ; 溶液/ 悬浮液的制备( 见 e . 5 ) . 本附录以不同的详细程度描述了前两个部分， 最后一个部分取决于样品颗粒的类型， 在本附录的 e . 5 给出了样品制备的一般原则， e . 6 较为详细地描述了悬浮在水中的聚苯乙烯乳胶颗粒悬浮液的样 品制备方法。 灰尘是影响 p c s测量的主要因素之一。灰尘是对于能产生信号的任何不受欢迎的大的散射物质 的总称。这些灰尘的存在将使颗粒平均粒径的测量结果产生严重的偏差。 灰尘可用以下三种方法去除: 过滤法。过滤是最容易的方法。可以使用一次性过滤器; 也可以通过多次过滤， 有效地去除 灰 尘。 蒸馏法。可以得到去除离子和微量杂质的液体。 离心法。离心法需要对样品池采用适当的减震垫。如果样品不能被过滤， 可采用离心法， 然而 经离心下沉的灰尘最终可能上浮到激光测量的路径中。 本附录介绍几种净化溶剂的方法。可选用最适用的方法， 也可先试一种最简单的方法。当然， 其他 可以产生无尘样品而不致改变分散颗粒的方法均可使用 e. 2过滤 e. 2 . 1 水 对于过滤少量溶剂， 可用一个 2 0 m工 一 注射器， 连接一个直径 2 5 m m、 孔径。 . 2 k m的一次性过滤器， 注射器需配有锁定接头( l u e r ) 也可使用一枚大直径的针头， 规格为 1 . 2号( 针管外径 1 . 2 m m) 。从 较细针头喷出的水会产生雾化， 从而增加水的表面积， 将吸引空气中飘浮的灰尘， 因此应使水轻轻地散 开而不要使水雾化。 清洁并冲洗注射器和针头数次， 以去除可能阻塞过滤器的粗颗粒。可使用制造时没有粘结剂残留 物的过滤器( 常为聚合物涂层) ， 否则残留物颗粒将会混人到要过滤的溶剂中去。使用前， 需多次冲洗过 滤器以去除这些残留物颗粒。如果液体中富含颗粒， 考虑预过滤液体， 这样可以延长微孔过滤器的使用 寿命 。 对于过滤大量液体， 宜使用直径为 4 7 mm或更大、 内装孔径为0 . 2 t m的大面积过滤器的过滤系 统。将过滤系统接到水龙头， 放人至少 2 0 ml的水以除去过滤器中的颗粒。虽然这样会减少过滤器的 使用寿命， 但却可以冲洗掉过滤器表面上的残留物。在过滤过程中， 将水滴人样品池或稀释瓶中， 以避 免产生大的表面积。 图e . 1 及图e . 2演示了这两种方法。 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 21 : 1 9 9 6 图 e .溶荆 过滤， 小容t 图 e . 2 水过滤， 大容t gb/ t 1 9 6 2 7 - 2 0 0 5 / i s o 1 3 3 21 : 1 9 9 6 e. 2 . 2有机溶 剂 如果溶剂与塑料过滤系统和过滤器材料是互不溶的， 那么可以使用 e . 2 . 1中描述水过滤的同样程 序。否则， 应把外壳换成不锈钢材料、 过滤器换成适用于特殊溶剂的材料可从过滤器制造商处得到溶 剂与过滤器材料的兼容表。 对于过滤少量液体， 使用直径为 1 3 mm或2 5 m m的不锈钢过滤器座， 并与一玻璃注射器相连接的 过滤器， 确保选用的0形环不会被溶解， 用光滑的镊子摄取以避免刺穿过滤器。 e. 3纯化 e. 3 . 1 水 灰尘并不是影响液体中光散射的唯一因素， 残留的金属离子亦会影响散射物质的化学性质和形状。 离子也许会对样品的稳定有帮助， 但也会引起凝聚; 散射物质的形状会影响扩散系数， 从而影响p c s法 的测量结果。 许多供应商可以提供水的纯化系统。这些系统都含有可更换的过滤筒， 这些过滤筒可去除离子、 吸 附痕量有机物质， 并可滤去直径大于 0 . 2 p m的颗粒。这些纯化系统方便、 紧凑、 安全并且便于维护。 可以选择如图 e . 3中所示的方法。离子交换柱连接一个烧瓶/ 冷凝器， 烧瓶/ 冷凝器后连接一个收 集瓶和 。 . 21 m孔径的过滤器。 除了离子交换柱的进口及冷却水进出口可用 p v c管外， 其他所有的连接均用聚四氟乙烯( p t f e ) 材料。所有的接头处都不要涂油脂。 一旦安装就绪， 在测量样品前， 先用几升水清洗系统。 e . 3 . 2 有机溶剂 搭建一个与如图e . 3 相似的系统。处理非极性液体时， 通常不需要去离子柱。用直径为4 7 m m的 p tf e过滤器和合适的过滤系统替换其中的塑料部分。将任何可能接触溶剂的 p vc管换成 p t f e材 料 ( 第二种选择是用 氟塑料橡胶) 。蒸馏 易燃溶剂时应极其小心 。 e . 4样品池的清洁 同溶剂的纯化一样， 样品池的清洁程度取决于实际需要。最简单的情况是使用一次性、 单独包装、 清洁的样品池， 用经过滤的压缩空气吹去样品池的灰尘。握住样品池的顶部以避免在样品池的光线进 出口处沾上手印。 e . 4 . 1 洗涤剂和水 下述为更严格的清洁程序。可选择其中的一种: 最简单的方法: 用自来水彻底地清洗样品池， 使用无磨损性的洗涤剂清洗样品池的内外， 剧烈摇动 含有洗涤剂和水的样品池， 勿用刷子， 因为几微米长的擦伤划痕也会造成问题。 更彻底的清洁方法: 在超声波浴槽内( 4 0 w 足够) 放人经稀释的干净的洗涤剂， 将样品池放人其中， 超声数分钟， 也可以加热。为了避免擦伤， 应防止样品池之间的碰撞或与容器壁的碰撞。经常调换超声 波内清洗液 样品池在自来水中彻底清洗， 随后用过滤水多次冲洗。将样品池倒置干燥或盖上盖子以防止灰尘 沾污样品池 内壁 。 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 21 : 1 9 9 6 自 来水 p t f e 接日 p t f e 接 口 图 e . 3 水的纯化: 去离子、 蒸馏、 过滤 e . 4 . 2酸 有时样品会吸附在池壁上， 有时洗涤剂和水无法完全去除油脂污点和生物物质。如果过滤水未均 匀地干燥或未均匀地从样品池内壁呈薄层流下 可使用下面的清洁处理方法: 将样品池在浓硫酸中浸泡 1h ， 用 p t f e包覆的镊子取出样品池， 以作进一步的处理。然后在 自来 水中清洗， 洗涤液中作超声波清洗， 再用过滤水冲洗多次， 最后盖上盖子干燥 如果样品池自然干燥， 乳胶球颗粒样品会在玻璃和石英样品池中形成一层坚韧的膜， 浓硫酸可以很 有效地 消除这层膜 。 e . 5 溶液/ 悬浮液的制备 用纯化的和经过滤的液体冲洗每件东西( 包括样品池和盖子、 稀释瓶和盖子、 移液管或注射器、 装缓 冲液和表面活性剂的玻璃器皿) 是最重要的。用纯化和经过滤的液体制备缓冲液和表面活性剂。 压缩空气可以充分地去除一次性塑料移液头上的灰尘， 但是如果玻璃移液管口未加盖放置， 若沾上 灰尘和油脂， 压缩空气将无法将其去除。 在制备样品的最后阶段， 为了减少再次引人灰尘的机会， 要将液体与空气的接触减到最少。可以使 用直接的连接， 以避免接触空气不要长时间贮存过滤水， 细菌会在贮存水中生长， 在测量中产生散射 光。可以每天制备少量的新鲜溶液， 也可以在使用前过滤 避免将液体喷射人烧瓶或样品池 中， 让液体沿着清洁光滑的一面注人， 这样可以减少再次引人 灰尘 。 1 9 gb / t 1 9 6 2 7 -2 0 0 5 / i s o 1 3 3 2 1 :