GB/T 19627-2005 粒度分析 光子相关光谱法

ICS19.120

A28沥8

中华人民共和国国家标准

GB/T19627-2005/ISO13321:1996

粒度分析光子相关光谱法

Particlesizeanalysis-Photoncorrelationspectroscopy

(ISO13321:1996,IDT)

2005-01一13发布2005-08-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布

中国国家标准化管理委员会

GB/T19627-2005/ISO13321:1996

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

10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············，···································，········.··········.·...··...……11

附录D(资料性附录)典型的PCs仪器及推荐的技术规格······、································……14

附录E(资料性附录)样品制备·················································.···.·……16

参考文献······，··················································································，·················……21

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oli吕

本标准等同采用ISO13321:1996(E)((粒度分析光子相关光谱法))(英文版)。

本标准与ISO13321:1996(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ISO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/T19627-2005/1S013321:1996

引言

目前，光子相关光谱法((PCs)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PCs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632.8nm的He-Ne激光光源、在900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。

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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((PCs)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(QEI.S)和动态光散射(DLS)

2术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

平均粒径x_averageparticlediameter

调谐强度一平均粒径，由附录C中等式(C.10)确定

单位:nm(10-om)。

多分散指数PIpolydispersityindex

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Vscatteringvolume

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:m-0,'c.1

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(mol/L);

G2(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(mPa"s);

f衰减率;

Ao—真空中激光的波长(氦氖激光的波长为632.8nm)，单位为纳米((nm);

0颗粒体积分数;

P颗粒密度，单位为克每立方厘米(S/cm');

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

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光在某一角度(通常为900)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PCs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2mW-5mW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900，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PCs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:PCs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}cm)。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10'mol/l的NaCl)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

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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Eo

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10倍

b)散射体积中样品颗粒数Nv至少约为1000个(在500-1000范围内也可接受)。

注:这个数值可以从PCs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“cm'(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1cm时，测量样品的光密度(().D.)

当O.D.大于0.04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500nm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10-5-10-1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Ifm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0.5h，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1cm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

10min。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0.30C，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。

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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1000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(kcounts/s)至1000千个/秒

C500。个/秒(counts/s)^-1000000个/秒〕。若不符，用另一