GB_T 42342.2-2023 粒度分布 液相离心沉降法 第2部分：光电离心法.docx

ICS19.120CCSA28三B中华人民共和家标准GB/T42342.22023/ISO13318-2:2007粒度分布液相离心沉降法第2部分：光电离心法Determinationofpartic1.esizedistribution-Centrifuga1.1.iquidsedimentationmethods-PartIrPhotocentrifugemethod(ISO13318-2:2007,Determinationofpartic1.esizedistributionbycentrifuga1.1.iquidsedimentationmethodsPart2:PhOtOCentrifUgemethod,IDT)2023-1（三）I实施2023f3T7发布国家市场监督管理总局岩木国家标准化管理委员会发布目次前言I引言I1.1范困I2规范性引用文件13术i普、定义和符号I4原理25仅器25.1 转盘光电肉心装置25.2 比色皿光电离心装置25.3 附属设备26取样47测i三备47.1 样m准备47.2 温度57.3 样品分散方式58测他程58.1 平铺法58.2 均相法69室复验证测试69.1 平行样测试69.2 购证6IO计算结果610.1 概述610.2 粒径计算610.3 累计质量分数计算611结果报告7附录A（资料性）样例9附录B（资料性）二敏化钛消光图13附录C（资料性）径向林科的影响14参考文献15本文件按照GB,，T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草,本文件是GB,T423424粒度分布液相离心沉降法的第2部分。GB，T42542已经发布了以下部分：一一第2部分：光电离心法.本文件等I可采用ISo13318-2:2（X）7£液态点心沉降法测定颗粒粒径分布第2部分：光电离心法.本文件做了下列G小限度的编辑性改动：为与现有标准协调,将标准名称改为粒度分布液相离心沉降法第2部分：光电离心法3请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承担识别专利的货任.本文件由全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会（SAC"C168提出并归口.本文件起草单位：罗姆（江苏）仪器有限公F、中机生产力促进中心有限公司、安做鼎恒实业集团有限公司、中国计技大学、长兴旭日粉体科技股份彳J限公司.本文件主要起草人：邓世宁、侯长苹、王尊营、朱培武、王俊.离心沉降法进行粒度分析已经有几卜年历史，广泛应用于各种学术研究和工业应用,并己发布了许多国家标准和国际标准。尽管过去20年发展了多种做粒表征新技术，但由于技术的进步（例如笠波长特征）以及沉降技术是基于无力或离心场中定向运动（迁移进行颗粒表征母本初的方法，沉降法在某种程度上由新焕发活力.随著计算机技术进步,可以用沉降法测定分析纳米颗粒（例如蛋白质聚姆体、址广点）的沉降和犷散通麻，而且一次实验可以表征颗粒二维属性.一些测盘技术还提供了显化总体加粒浓度和部分颗粒浓度的可能.禹心沉降技术与重力沉降技术类似,通过对浓度相关信号随时向和/或沿禹心场径向坐标变化的推导，测得颗粒沉降速度或速度分布。相应的泞算不需要必要的先决条件（例如斯托克斯定律的有效性）、对煤粒性质（例如形状、折射率或密度）和液体的假设，以及沉降系数（沉降速度与圉心加速度的比儿沉降速度和沉降系数这两个参数的分布构成分析离心的主要结果,可以计算粒度分布.作为一种分级技术,沉降分析有助于区分具有接近沉降速度的不同颗粒及其相应的等效斯托克斯H径.可以非常精细地分辨粒度分布，这与光谱集成技术相比是一个优势，此外,如果颗粒的扩欣通盘按沉降通盘的顺序排列，些离心技术有助于对颗粒系统进行多处表征，即同时确定多个分布吊（例如Hi粒大小和密度或形状因子）.GB'T42342£粒度分布液相离心沉降法是通过离心沉降法加速颗粒在液体中迁移来确定颗粒材料的沉降速度、沉降系数和粒度分布的方法,运动方向取决于分散相和连续（液体）相之问的密度基（也称为密度对比），GRT42342主要测出领粒速度分布，根据谈心场沉降理论转换为粒度分布，,GB.T42342描述的测地技术适用于液体分散体，如悬浮液和乳液.可测量的粒径范楸取决于材料特性，时于水性样品，通常从几纳米到100UIn不等.而迁移速发可以肽化为10三s-1.11三s.针对低颗粒浓度进行沉降分析，允许的浓度范围取决于测量技术和分析理论,通常休枳分数不再于0.5%.GBT42342拟由三个部分构成。一一第1部分：通则和指南。目的在于给出有关分散体系及颗粒的术语和定义，粒度检测的技术方法以及检测数据的分析处理方法：描述纳米颗粒的沉降和扩散的电加，通过离心沉降技术确定颗粒浓度的可旎性：给出在颗粒的扩微通盘与沉降通Jft的出级相同时一些技术通过一次沉降实验可以狭得颗粒大小和密度或颗粒形状参数的多维信息.一一第2部分；光电离心法。11的在于用液相离心沉枳法测定领粒粒度分布，样品悬浮液放置在光电肉心机的比色皿或网盘中,通过监测已知半径处的光信号变化确定样品浓度.些系统允许在重力模式下测景大颗粒端的分布,在离心模式下测履小颗粒端的分布，由于几何光学定律的不适用性，在粒径接近光波长时，使用光来确定粒径分布需要应用校准因子，一一第3部分：X射线离心法，I的在于给出用X射跷在液相离心沉降法测定均质颗粒材料粒度分布的方法.颗粒浓度由X射线束的衰减测定，产生的信号转换为粒度分布，GBT42342的第1部分给出了离心沉降法的域本原理和指南，第2部分和第3部分分别给出了两种不同测定方法。I1.粒度分布液相离心沉降法第2部分，光电离心法««：本文件可能法及危龄材料、金即设备.本文件并不在筹决与使用相关的所有安全科.用户在应用本文件帝，府寮任立妣的安全和mm,93。MtHInHRM.1范B1.本文件描述了用液相离心沉降法测定颗粒粒便分布的方法.固体浓度由光束的透光冽定，由此产生的信号可以转换成粒度分布，本文件适川于典型颗粒粒径施树为01U-0.5UB,密度高于液体密度，所有颗粒都具有相同密度和可比形状且在悬浮液中不发生化学或物理变化,可分散在液体中的粉体、浆体里的检体和一些乳液的颗粒粒度分布测定.2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款.其中，注日期的引用文件,仅该H期对应的版本适用干本文件：不注日期的引用文件.其最新版本（包括所有的修改的）适用于本文件.ISO13318-1液态离心沉降法测定项粒粒径分布第】部分：通则和指南（De1.em1.inaik>nofpartic1.esizedistributionbycentrifuga1.1.iquidsedimentationmethuds-Part1.Gcnera1.princip1.esandguide1.ines)ISO14887样品图!备粉末在液体中的分散方法(SamP1.CIxcparation-Dispeniingproceduresforpowdersin1.iquids)注：GRT20099206样从制备黝末在液体中的分散方法（ISOI4SB2OOJ113和、smamISO133I&I界定的术语、定义和符号以及下列符号适用于本文件。D光学密度E:出径为x:的颗粒消光系数F（表面）以表面为域准的下梁枳粒径频度G取决于系统的几何形状、光束尺寸和颗粒形状的第数I在沉降开始后的t时,入射光束的透光率Io无颗粒存在时，入射光束的透光率M从旋转轴到测量区域的跳离（mm）n在光束流中直径为X：的颗粒数量R从旋转粕戏到离心机壁的距离，即内切半径（mm）S从板转轴到样品液/气界面的距离（mm）用光束中坡小颗粒的直径（Mm）Ts光束中最大颗粒的直径，如斯托克斯直径（Pm）4皿果用稳定、精密准直光通过一个已知半径的施转盆或比色皿检测沉淀样M.通过怂浮物的光束通常来白白光光源（例如白炽灯泡）或单色相干光源（例如激光）,由光电二极管或光电倍增管检刈.转盘光电两心法可以枭用平铺法或均相法模式，而比色皿光电离心法只能采用均相法，在分析时间内检测光束信号。通过计算透光率确定样品的质录分数，即呆用样晶透射光信号和空白溶液透时光信号之比确定。在平僚法模式中,转盘最初包含透明的填充液（空白）以提供生大的透光率.然后将样品（悬浊液）注入旋转填充液上形成薄层，样品在测试开始后沿径向向外沉降，当最大粒子到达光照范国内时，透光率降低.当最小颗粒通过光束时，透光率W1.到初始值.通常在填充液上注入线冲层以防止恐浊液穿过界向形成所谓的“流动”现缸粒度分布测定也可以通过液体离心沉降法的另一种配置实现.这种配置包含在线光源和与样品池准直的线传感器-检测器系统的光电离心机.在这种结构中,离心过程中的光弧侬/消光变化作为时间和位置的函数,在整个沉降区内同时测量.通过分析数据,粒度分布既可以根据样品中任选位点的消光时同历程计算数值积分见ISO13318-1:2001m3,3.3中公式（1D,也可以在一个位意选择的时间点沿着样品的消光曲城进行计算（解析积分见参考文献】D。5仪5.1 m*bn用一个带有与旋弼轴同轴加样口的空心圆盘祖成的腔室（见图1）.将行盘垂直或近似垂R地安装在调速电机轴上，转速为500r三in-15000rmin.用白光光源和探测器由件测量透光率防时间的变化.该仪器可用于平铺法或均相法模式.平铺法和均相法模式中几何光学定律分解结构需要修正消光系数“此外.当使用同步模式时,需要对径向稀择效应进行校正.可采用随商业设备提供的软件将数据H接利化为以质量分效果枳分布对粒度的表格或图表形式呈.现的粒度分布，5.2 比色J1.k>U用装有悬浊液的矩形样品管代替转盘（见图2）.径向梯择和光敌射效板都需要按照ISo13318-1描述的方法进行修正。比色皿光电离心装置通常可以在白然重力和离心力场模式卜运行。此外，一线系统可以提供个悌度模式，允许离心装置在整个分析过程中加速，以减少测试时间。在使用含税光源和线传感零检测设备测试粒发分布时,需要在整个沉降区域同时测定透光率（见图3）.&3Mag附属i殳备包括：-一尺寸合适的分散容器，如液璃烧杯或腋子：-Tj微灼；一起声水浴或超声棒，可旋转的样插床或转速在500rmin-150（）0r/min的速机械搅拌滞.标引序号说明:I电机W：2自傀液体:3屐冲层：GIVT42342.22O211S()13318-2:2(X)7,1S注液：5-加样Ui6-聚甲基内烬酸甲能MfibS1,公光电离心蒙量值双星H离心样品管：15JfcHiS:16发光二级的1.ED）:17光电价（比）；18一一光电时（样品）；19光电管.标引序：；说引：I电机I2电机控耨t3自弓处理:»模拟/数字转?S（ArX：）;5中央处理器（CPU）;8将分怦转速阳PM);-«4.10IJ印机；H模拟按1】：12计口机推1.hIJJtC1.«8KHt*1.RPM>.7分析誓数;M同步怡号（餐比）.模拟信号.同步价9（样品.2比色及光电H心量典量示*U标引序号说明：X所选时问的位见Y光血效1 旋转轴：2 行Aft恍：3 -忸栉：,I离心力：5 离心转子：6 透射光；7 线性检测器阵列.S3使用MUH»1IiH阵列的光电心款量示意BI6V#取样见ISo1.3318-1.7SMM7.1应按ISo13318”的规定IW备分析定制.所需的体枳和浓度取决于离心盘（或样品笆人光学电子系统的灵敏度和是否使用平铺法（仅适用于盲心转配或均相法,一般来说，与其他沉降法相比，本方法SB要在低浓度下进行.单位体积质做浓度通常小于0.25%,且盘好能提供空白样品，其光衰减幅度差异在20%30%.7.1 应根据ISOI3318-1的测定在分析前后测定和记录旋转液体（平铺法）或浮液（均相法）的温度,同时应记录在分析温发下的旋转液体和悬浊液的粘度和密位,温度要求应与ISOI3318-1致.7.2样品的分散见ISo13318和ISo14887.8川也程&1.10平铺法是一种将悬浮液样品沉淀在旋利充液上的方法.即所有颗粒在一个相同初始半径开始沉降。然而，恐浊液样品有以小液球的形式渗透到旋转液体里的趋势，小液球快速”流动”穿过旋转液体。”流动效应”是由于能浊液样品向外扩散不均匀形成的。注入的悬浊液样品颗粒在界面处会受到衣面张力的影响而浓缩，这导致高密度区域在一个较低密度之上，并且导致成批的息浊液进入到旋转液体中.在使用将悬浊液样品直接注入到旋转液体上的方法（双层法）时，流动现象很容易发生；因此，通常采用适用样品范用更广的三层法代昔双层法（见8.1.2）.以下方法挪试图缓冲阴粒进入旋转流体时所受的流体力学冲击，从而获得平稳的转移和层流.流体动力稳定的沉降通常采用三层法、缓冲平铺法或外部梯度法.&1.2JK在离心转盘中加入部分已知体积的澄清液体（旋转液体，通常约15m1.）.并启动到所需转速。在所诏取样半径（M）启动光源.枪定的基线代表最大透光率（I。）.将少技密度小于旋转液体的缓冲液加入到转盘中,遇常0.5m1.或Im1.,到确定旋涡半径（三）,旋涡半径可通过分析已知离心盘的尺寸和加入的液体总体积荻得，离心转盘中引入所需体积的悬浊液（通常0.25m1.单位体枳质量浓度为0.25%）并且启动计时零.理想状态下.任何由于样品悬浊液的注入而引起的快速湍流都被限制在中间层（辍冲层），并以此来实现良好的样品混合“门旋液体通常包含15m1.体枳分数为10%的水甘油，在水甘油上是0.5m1.的水作为缓冲层,缓冲层之上是025m1.悬浮物样品。如果仍然有流动效应，可通过使用很小体枳的缓冲液和样品悬浮液来消除,如Q1.m1.为了让异步启动有效进行,悬浮勃区域应比注入半径（三）到测试半径（A4）的拒离小,悬浮液区域的厚度宜大于（M-S）的5%。由于颗粒围心向外运动,会削弱入射光线且透光率的变化自由系统记录卜来.实验开始，宜到白板液体再次泡河选线回到基线处.当样品含大盘小尺寸籁粒时,志要很长时间让透光率变化曲线回归到基规处.这种情况下最好f些终止测试，例如当信号牌至最大衰减的10%时.可以用更高的决心转速进行第二次测试，以殁靛小煤粒粒存的范国，&1.3At冲平«1法这是：层法的变化版.在白族液体和悬浮物层中插入薄层的悬浮层介质.不使用不同的线冲层(I)E:是被颗粒遮挡造成的消光系数，x:是几何光学在该系统有效时被遮挡的光。如果系统使用单色光,颗粒粒径与入射光波长的比值大于100,E的值基本不变.然而,相对于一些较小的比（ft.E成为和颗粒的形状和测试仪器的几何结构相关的宓杂函数X；爪（颗粒的相对折射率和恐浊液介质相关）。层管E,的波动能鲂通过使用白光源和广角的探测器抑制其坦小化，但此方法对于口径和入射光波长接近的颗粒并不是绝对适用的，对于被测系统，已经计笄或者通过实脸测盘了不同食径下的E.该方法测得的结果精度未知.沉降时间和平行光衰减的关系是息浊液沉降的表征参数.并且能够用于比较测试或质疑控制，103.2平铺法（质量分数）平铺法技术是假设从颗粒在同一半径开始,在测试区域时间t出现的励粒粒径为xst.规光源的宽度是有限的，并且在光线中的版粒大小与XS.成正比的粒径范例.光密度D2-1.g（1.1.）,在时间t时与nx1.成正比（按照几何光学，在E.不做X变化的位置，因为求和范阳公式（D与xsu.成正比。构建一个表格用于展示在冏定的时间间隔内,光学密度随XS的变化.并不需要对透光率数据以绝对琅位的形式展现,因为结果最终我现为质I1.t分数,这里使川10的对数来我现.1.g（1.°1.）的值被川于表示XSt.假设E,和颗粒形状系数G是恒定的，那么这张友表示场信痂率曲浅.能通过颗粒鲂以数据和测试区域面积积分计算下累积侦诚分数（WJSo13318-1）,10. 3.3均相法（质量分数）光电点心法测试恐浮液的光学密度随好时间的变化.对于同步后动模式，在惟正径向稀糅效应后，对纵坐标（光学雷度）进行归一化，并且技化横坐标变为斯托克斯I1.径，生成相应曲线。这种形式的数据用于比较；此外，可适用修正（例如米氏理论）来校正几何光学定律与粒径之间的美系。测试的表面濯度（W）由公式（1）决定，径向稀弊的修正（见ISO13318-1）主要用于进行表面的频率筛选，将下累枳粒度的表面.颇率、F（衣面）和XS之根相加并设为100%,求得下跟枳粒度的质量分数.11结果报告报告应符合ISo13318-1的要求,结果应以斯托克斯直径与螺枳质量分布表示,精确到0.1%,在绘图的俏况卜.，宜径应放在横坐标上，累枳麻城分数应放在纵坐标上。H径应该在横眼标匕祟计分布应在纵坐标上.测试报告应包含以下信息：a）本文件嫔号：GB.T42342.2;b）测试名称：c）测试日期：d）唯一的测试编号：e）操作者名称：f）使用仪器型号：g）操作模式：h）样M名称：）样品材料；j）样品密度（和质"，如适川）；k）悬浮液、温度、密度、卦度和体积：O米氏校正是否应用：m）注入样品体积和浓度：n）分散剂名称和分散剂浓度：。）悬浮液分离的方法和分离时间；P）缓冲层、适用条件、类型和体枳：q）黑心速度：D光源：S）在GBrr42342未规定的可能影响结果的其他任何操作.卜列仪器的特性，通常由制造商决定并预先编制设需软件，可以有选择地报告:测量半径（M）内部旋转半径（R）:内网世厚度01于计算漏旋半径，S）.附录A(Mtt)样例平铺法光电离心分析样例:本文件编号GB.T42342.2测忒名MA1.测试时向2020年9月23日报告编号CartxMi操作苕张三使用仪器Mcx1.c1.测试铁式平铺法样品编号CBI号样品材料碳黑操作者张三样品密度I860k'm>连续相水温僮293.15K液体密度1065WmB液体黏度2.10nPas装样体枳IOnd.米氏校正图A.1为没有应用米氏校正，图A.2为应用米氏校正样品体枳和浓度0.2m1.O.25%(单位体积质址>分散剂0.05%(单位体枳舫盘)多偏情酸钠水溶液分散法在水冷夹套容器里样品1min超声波(75W)缓冲层20/80(体积比)甘油分散剂彩冲层体积I111.小心速度8000rmif测试半径4.X15cm内盘半径5.073cm内盘厚度0.6234cm光源1.ED560nnPftii：旋涡半径：<FJJ>('>.>?.；O-1.,s-K三i4Mm去A.1的第1列给出从启动开始的运行时间,第2列给出测埴的光学密度,这当数据在图A/中以图形方式呈现.«a.i科氏校正的情况下，平法下光电”的Mm为及量分敷下It积分布时间11in光学密度Ig(V1.)加托克斯也径XS版Irt分散(U下坡枳分布330.0000.顺0.0320.(MX)0.0910.0310.OOi0.0920.0300.0020.0910.0290.Q030.0950.0280.0010.0970.0270.(1060.09»0.0260.0070.1010.0250.0080.1030.0240.0110.1050.1230.0120.1070.1220.0150.1100.1210.0190.1120.2200.0220.1150.2190.0250.1180.3180.0290.1210.3170.0320.1250.4160.0370.1280.6150.0150.13a0.7M0.OSI0.1370.9130.0620.1421.2120.07：i0.14«1.6110.0870.1552.0100.1030.1622.790.1230.1713.680.1460.1825.070.1740.1946.960.2100.2109.850.2490.230H.540.2870.2S722.1IO»A.1.无米氏技正的情况下，平定下光电心羲量的潮量知换为H量分数下事枳分布（续）HMSi1.ri光学密境IHai）斯怔克斯直较X811Mi量分数e>下挈积分布30.3200.29635.520.2790.36359.4I0.1660.51383.20.50.0S30.726100.00.250.03»1.027100.000.000三A.1平,法模式下光电M心,量光学宙制时向变化的朦始我前线标引序号说明；X的密.utY帧M分数盘）卜累根分布;1 未修正：2 修正。图A.2平铺法模式下转盘光电儆心法下聚积底量百分数显示米氏理论对光散射修正和未修正的效果由光电离心装置产生的原始数据是光传输与时间的时比。这些数据帙转换成使用仪器靴件的大小分布.该软件通常基于本文件的公式.如果没有对原始数据进行光放射校正，那么生成的大小分布是不准确的,但是产生的大小分布数据可以用于比较同一材料类型的样本.修正曲线可以是基干理论（如米氏理论）域通过校准的。白色光源的典型曲雄（见图RD表明，026Hm的：敏化钛颗粒比0.13Um的：料化就颗粒可诚少6倍的光。因此，如果这叫颗粒以相等的数量存在，忽略清光校正将表明大粒子的数吊:是小粒子的6倍。标引序号说明：X,11Y消光修正.SB.1白光却下二.化世能M光图方IJMJSC（费料性）径向稀祥的影响径向林祥对在均匀模式下的光电周心装置的影响演示（未能正光收射）如图C1.所示.ISO13318-1.标引序号睨明:Xf.m:Y明北分散（3下及枳分布：1 ».«：2 表面：3 境Ift-图C.1均相法模式下光电离心奘置径向格移对测量浓度的影峋（未修正光散射）叁考文献111.DE11-OFF.T.SOB!SCH.T.and1.ERCHED.Panic1.esizedistributionbyspaceortimedependentextinctionprofi1.esObuinCdbyana1.ytica1.ccntrifugaton.Part.Part.Sys1.Characi.2OO6,23(2)1.84-7.