激光粒度仪SOP测试在微溶样品测量中的应用案例

    激光粒度仪是一种通过将样品用一定介质分散后进行光散射测量来计算被测样品颗粒粒径分布的检测设备。为了减少颗粒团聚及二次散射现象对测量结果的影响，通常情况下测试中的样品在介质中是处于非常低浓度的状态下的。以通常被认为是不溶物质的碳酸钙为例，其常态下水中饱和溶解度为5.29X10-5mol/L，约相当于在每100g水中，溶解的质量为0.53mg。D50在2um左右的碳酸钙在粒度测量时，一般控制遮光比在5~12%左右，此时每100mL介质水中加样量为10mg左右，与同样体积水可溶解的质量0.53mg几乎在一个数量级，这样部分样品溶解对测试的影响就不能视而不见了。

    颗粒在介质中的溶解速度随颗粒的大小不同而有差异，通常情况下，颗粒越小，与介质接触的单位质量表面积越高，表面能越高，越倾向于溶解（溶解速度越快），而大颗粒溶解速度相对更慢一些。在介质达到饱和之后，虽然总的溶解结晶处于平衡态，并不意味着所有颗粒尺度上都不再发生变化。在微观上通常表现出小颗粒溶解、大颗粒结晶生长的同步进行，在许多行业中被称作奥斯瓦尔德熟化（或奥氏熟化）现象。因此对于此类轻微溶解的样品，常常表现出粒度测试结果的不稳定。特别是对一些在介质中溶解速度较快的微溶有机物质，例如农药悬浮剂的粒度测试，影响就更加显著了。

    图为农药企业检验员实地操作欧美克LS-609型激光粒度分析仪我们选取了25%嘧菌酯水悬浮剂进行粒度测试，在加样后每12秒一次连续监控其遮光比和特征粒径D50的变化如下图所示。

    由上图所示，加入嘧菌酯样品至含有水介质的进样器中搅拌分散后，连续监测其遮光比与中值粒径D50，发现遮光比呈不断下降现象，5分钟时间内从接近10%下降到5%左右，显示了悬浮剂颗粒的量在水中不断减少，发生了溶解现象。随着水中嘧菌酯溶解度增大，溶解速度逐渐减慢，同时D50结果也呈现出先较快速增大后逐渐变得缓和的过程。由于溶解伴随奥氏熟化现象的发生，颗粒分散体系的稳定性变得更加复杂，特征粒径值呈现一定的波动，其中D10、D50、D90测量最大值与最小值差异分别达到11.8%、10.9%、6.8%. 以上结果仅仅是一次取样中得到的，如果进行多次取样、多台仪器、多人操作所得的结果重现性偏差将会更大，势必对该样品的生产质控造成一定的困扰。

    我们选取了3台珠海欧美克仪器有限公司的智能全自动激光粒度仪LS-609，其具有智能仪器状态判断并自主调节功能，避免了仪器状态不良导致测试结果偏差，同时具有全自动多样品标准化测试流程（SOP）的功能，除依次加样的动作外，所有操作均由仪器自动完成，最大化减少多种不确定因素引起的测量结果偏差。通过设定相同的SOP标准化测试流程，并设定许可加样遮光比范围5~12%，3台仪器各选取20名实验室操作人员进行25%嘧菌酯水悬浮剂的粒径测试，值得一提的是这些操作人员中大多数人均是经过简单的演示后第一次使用LS-609粒度仪，测试结果汇总如下图。

    采用完全相同设置的SOP测量，例如自动排气泡、折射率吸收率参数、泵速超声等分散条件等，3台LS-609激光粒度仪各对应的20位操作员的D50测试结果分别以红绿蓝色曲线显示，所有结果均在1.76um附近小幅波动，3台仪器测试结果D50最大最小值的偏差依次为2.4%、2.6%、2.3%，显示了粒度仪在SOP测试的方式下明显更小的质控风险。同时我们也发现，仪器与仪器之间结果也几乎完全一致，详情请看下表统计结果。

    综上所述，对于困扰众多用户的在分散介质中轻微溶解性颗粒的粒度测试不稳定问题，在仪器状态良好的前提下，通过SOP标准化测试流程，能最大化减少样品的不稳定性及测试人员的操作习惯对测试结果的不利影响。通过多次SOP取样测量结果的平均值也能获得良好的再现性，有利于企业提高相关粉体的质控水平。此外，LS-609智能化仪器状态识别并自主调节的功能、全自动控制的循环分散系统、高品质的一致性的光学零部件及其装配工艺也为测试结果的在不同仪器上的一致性提供了有力的保障。