激光粒度儀SOP測試在微溶樣品測量中的應用案例

    激光粒度儀是一種通過將樣品用一定介質分散后進行光散射測量來計算被測樣品顆粒粒徑分布的檢測設備。為了減少顆粒團聚及二次散射現象對測量結果的影響，通常情況下測試中的樣品在介質中是處于非常低濃度的狀態下的。以通常被認為是不溶物質的碳酸鈣為例，其常態下水中飽和溶解度為5.29X10-5mol/L，約相當于在每100g水中，溶解的質量為0.53mg。D50在2um左右的碳酸鈣在粒度測量時，一般控制遮光比在5~12%左右，此時每100mL介質水中加樣量為10mg左右，與同樣體積水可溶解的質量0.53mg幾乎在一個數量級，這樣部分樣品溶解對測試的影響就不能視而不見了。

    顆粒在介質中的溶解速度隨顆粒的大小不同而有差異，通常情況下，顆粒越小，與介質接觸的單位質量表面積越高，表面能越高，越傾向于溶解（溶解速度越快），而大顆粒溶解速度相對更慢一些。在介質達到飽和之后，雖然總的溶解結晶處于平衡態，并不意味著所有顆粒尺度上都不再發生變化。在微觀上通常表現出小顆粒溶解、大顆粒結晶生長的同步進行，在許多行業中被稱作奧斯瓦爾德熟化（或奧氏熟化）現象。因此對于此類輕微溶解的樣品，常常表現出粒度測試結果的不穩定。特別是對一些在介質中溶解速度較快的微溶有機物質，例如農藥懸浮劑的粒度測試，影響就更加顯著了。

    圖為農藥企業檢驗員實地操作歐美克LS-609型激光粒度分析儀我們選取了25%嘧菌酯水懸浮劑進行粒度測試，在加樣后每12秒一次連續監控其遮光比和特征粒徑D50的變化如下圖所示。

    由上圖所示，加入嘧菌酯樣品至含有水介質的進樣器中攪拌分散后，連續監測其遮光比與中值粒徑D50，發現遮光比呈不斷下降現象，5分鐘時間內從接近10%下降到5%左右，顯示了懸浮劑顆粒的量在水中不斷減少，發生了溶解現象。隨著水中嘧菌酯溶解度增大，溶解速度逐漸減慢，同時D50結果也呈現出先較快速增大后逐漸變得緩和的過程。由于溶解伴隨奧氏熟化現象的發生，顆粒分散體系的穩定性變得更加復雜，特征粒徑值呈現一定的波動，其中D10、D50、D90測量最大值與最小值差異分別達到11.8%、10.9%、6.8%. 以上結果僅僅是一次取樣中得到的，如果進行多次取樣、多臺儀器、多人操作所得的結果重現性偏差將會更大，勢必對該樣品的生產質控造成一定的困擾。

    我們選取了3臺珠海歐美克儀器有限公司的智能全自動激光粒度儀LS-609，其具有智能儀器狀態判斷并自主調節功能，避免了儀器狀態不良導致測試結果偏差，同時具有全自動多樣品標準化測試流程（SOP）的功能，除依次加樣的動作外，所有操作均由儀器自動完成，最大化減少多種不確定因素引起的測量結果偏差。通過設定相同的SOP標準化測試流程，并設定許可加樣遮光比范圍5~12%，3臺儀器各選取20名實驗室操作人員進行25%嘧菌酯水懸浮劑的粒徑測試，值得一提的是這些操作人員中大多數人均是經過簡單的演示后第一次使用LS-609粒度儀，測試結果匯總如下圖。

    采用完全相同設置的SOP測量，例如自動排氣泡、折射率吸收率參數、泵速超聲等分散條件等，3臺LS-609激光粒度儀各對應的20位操作員的D50測試結果分別以紅綠藍色曲線顯示，所有結果均在1.76um附近小幅波動，3臺儀器測試結果D50最大最小值的偏差依次為2.4%、2.6%、2.3%，顯示了粒度儀在SOP測試的方式下明顯更小的質控風險。同時我們也發現，儀器與儀器之間結果也幾乎完全一致，詳情請看下表統計結果。

    綜上所述，對于困擾眾多用戶的在分散介質中輕微溶解性顆粒的粒度測試不穩定問題，在儀器狀態良好的前提下，通過SOP標準化測試流程，能最大化減少樣品的不穩定性及測試人員的操作習慣對測試結果的不利影響。通過多次SOP取樣測量結果的平均值也能獲得良好的再現性，有利于企業提高相關粉體的質控水平。此外，LS-609智能化儀器狀態識別并自主調節的功能、全自動控制的循環分散系統、高品質的一致性的光學零部件及其裝配工藝也為測試結果的在不同儀器上的一致性提供了有力的保障。