马尔文新一代激光粒度分析仪在黄河调沙试验中的应用

马尔文新一代激光粒度分析仪在黄河调沙试验中的应用

马尔文下一代激光粒度分析仪（ms2000）自1998年10月出版以来，受到了科学领域的高度赞扬和用户的广泛欢迎。其出色的性能和高度智能化的表现,使日常的实验操作有了神奇的改变,所以MS2000被称为“新世纪的粒度分析仪”。在最近开展的黄河调水调沙试验中,采用了MS2000激光精度分析仪,其优势得到了充分的展示。-ms2000激光精度分析仪的结构和主要性能指标1.数据收集和上传仪器系统的组成包括三部分:①主机(光学元件),标志为Masersizer2000;主机用来收集测量样品内粒度大小的原始数据。②附件(进样器),标识为Hydro2000G;附件惟一的目的就是将样品分散混匀充分并传送到主机以便于测量。③计算机和Malverm测量软件。Malvern软件可定义、控制整个测量过程,并同时处理测量的粒度分布数据、显示结果并打印报告。2.粒子分布信息激光衍射法,又称小角激光光散射法(见图)。激光粒度分析仪检测过程大致是,激光器发出的单色光,经光路变换为平面波的平行光,射向光路中间的透光样品池,分散在液体分散介质中的大小不同颗粒遇光发生不同角度的衍射、散射,衍射、散射后产生的光投向布置在不同方向的光信息接收器(检测器),经光电转换器将衍射、散射转换的信息传给微机进行处理,转化成粒子的分布信息。3.ms2000软件特点单量程检测范围0.02～2000μm的颗粒直径,无需更换镜头。检测速度快,扫描速度1000次/s。任何粒度分布在此范围之内的固体、液体样品,都可以在30s之内完成光路校正、背景扣除、取样(6000次)、数据处理、报告生成等全部操作。真正的激光衍射方法,完全符合1997年颁布的ISO13320激光衍射方法粒度分析国际标准。MS2000具有SOP功能,即标准操作规程。在软件的指引下完成设置和自动操作,消除人为操作误差和外部环境影响误差。所以SOP特别适合跨地域的质量控制,为不同实验室的实验数据对比带来了方便。在水利行业,可保证各泥沙室的颗粒分析在相同控制参数下完成,使资料更具一致性。高度智能化,MS2000采用最先进的模块化设计思想,干、湿进样器转换方便。当进样器与主机连接时,软件自动识别干法或湿法进样器。当操作者遇到问题或对仪器操作不熟悉时,可以通过软件提示功能解决问题。结果报告形式多样,可提供粒度分布数据、图形、平均值、中数粒径、峰值等大量信息。根据用户要求,粒度可自由分级,自由修改报告界面,增加所需内容。所有操作无需重新编程。所得数据和图形可和WINDOWS应用软件(如Word,Excel)动态连接。MS2000还有远程故障诊断功能。二、测试结果与分析目前,黄河泥沙颗粒分析工作由6个颗粒分析室来承担,每年要分析多达2万～3万个泥沙样品。各颗粒分析室所配分析仪器,主要有分析筛、粒径计及国产光电颗分仪等。由于受各种分析方法适用粒径范围的限制,对每一个样品的颗粒分析,都需要两种或两种以上的方法组合才能完成。如近几年常用的方法是,将一个样品先过63μm的筛(用高压水头冲),其中将筛上部分烘干,进行振筛,并逐级称重;筛下部分用光电颗分仪分析,然后对两种方法测得的结果进行全沙级配计算。其整个过程操作繁琐、费工费时、效率低、劳动强度大、自动化程度低,分析一个样品需要1小时左右,加之手工操作的人为影响大,致使资料的成果质量难以保证。更有甚者,光电仪受其原理的局限性(沉降法),对小粒子测量会产生很大误差(由于小于1μm的粒子,多处于布朗运动状态,不再沉降),而且这一误差随着小粒子所占比例的增大,其误差成倍增加,严重影响了成果质量,是目前最突出也是最需尽快解决的问题。针对黄河泥沙颗粒分析的现状,黄委水文局承担了水利部“948”项目“激光粒度分析仪引进与应用研究”。该项目实施以来,技术人员开展了大量的实验研究,从仪器参数率定,样品重复性、平行性测定、误差分析,到对比实验以及新仪器产生的数据系列与传统资料的衔接回归问题。结果证明,激光粒度仪应用于黄河泥沙颗粒分析是完全适宜的。三、冲淤特性分析举世瞩目的黄河首次调水调沙试验,是黄河人经过长期探索后对黄河自然规律的一种认识和把握,是世界水利史上迄今为止最大规模的一次原型试验,是传统治黄向现代治黄转变的重要里程碑。水库、河道悬移质和推移质泥沙的粗细直接影响着水库河道的冲淤特性,分析调水调沙期间小浪底水库和下游河道沿程泥沙粒度的变化,对研究冲淤变化规律有着重要意义。由于时间紧,工作量大,且部分细砂以异重流的形式运行至坝前,造成水库近坝段泥沙较细,不适宜用常规方法分析。激光粒度仪以高精度、高效率的技术优势在本次调水调沙试验的泥沙颗粒分析工作中应用得到了充分的体现,发挥了无可替代的作用。1.分析过程泥沙样品的采集根据调水调沙的测验任务要求,本次调水调沙过程中共需分析来自潼关、三门峡、小浪底、花园口、夹河滩、高村、孙口、艾山、泺口、利津、丁字路口等水文站和小浪底库区、整个黄河下游河道及河口滨海区500个淤积测量断面所送来的近6000个泥沙样品。这么多的样品如果用常规方法进行分析至少需要一年时间,而本次由于全部用激光粒度仪进行分析,仅仅用了20余天时间。仪器的测量结果严格执行《河流泥沙颗粒分析规程》中的有关内容及《马尔文MS2000激光粒度分析仪操作规程》,其颗粒分析成果符合ISO13320激光衍射法粒度分析国际标准。在调水调沙的颗粒分析工作未开始之前的,我们对仪器进行了标准粒子检测,结果证明仪器状态良好。在颗分工作结束后,再次对仪器进行了标准粒子检测,仪器状态良好。因此可以说明在调水调沙颗粒分析的全过程中,仪器一直处于良好状态。这是保证成果质量的基本前提条件。增强了测量结果的自动化程度激光粒度仪具有高精度、高效率、高自动化程度的显著优势,在这次调水调沙试验中得以充分体现。具体表现在:高精度:该仪器分析粒径范围宽(0.02～2000μm),对一个泥沙样品,一个测量过程就可完成全部分析,而无需几种方法的组合,减少了由于多种方法的组合及人工操作而产生的误差。软件的SOP功能可保证对相同物质的连续样品采用一致的测量过程,也可确保不同的操作人员采用相同的操作过程,减少了由操作人员的差异而产生的误差。高效率:从样品预处理、测量到数据输出,只需3分钟。和传统方法相比,效率提高了几十倍。高自动化程度:可通过软件设置标准操作程序(SOP),实现了软件对测量黄河泥沙粒度的全过程控制。SOP可以设置提示操作人员执行特定的任务,如加入样品,仅此一项需人工操作,其余全部自动化。2.实现了传统方法在资料整理过程中的应用传统的颗分资料整编,是将仪器(DLY-95型光电仪)测得的级配值,逐个录入整编软件,且所录数据需输出并通过3次校对,这样既繁琐又易出差错。而控制激光粒度仪的马尔文测量软件具有将所得数据和图形与WINDOWS应用软件(如Excel)动态连接的功能,这样就实现了通过软件之间的转换、粘贴等功能而无需再录入级配值这一多年梦想的愿望。也正因为这样,才使得这次资料整编工作能在短短的几天内完成。这是传统方法所无法想像和比拟的。由于利用了先进的马尔文新一代激光粒度分析仪器,加之科学有效的管理,使我们在短短的二十几天的时间内,完成