固体粉末颗粒度的激光衍射法测定不确定度研究

激光粒度分析仪是测量悬浮于液体中的固体颗粒粒径大小和分布浓度的仪器，在制药，化工等企业广泛应用于产品质量的控制[1]。

1. 测量原理

试样在装有适当分散剂的容器中分散成适宜的浓度，使激光通过该溶液，单色光以各种角度散射至颗粒后，产生散射光束由多元探测器检测并记录。散射光强度与固体粉末的大小成正比，通过光学模型和数学程序转化计算得出不同粒度颗粒相对于总体积的百分比，从而得出固体粉末的颗粒度及相应体积分布。

2. 实验部分

除非另有说明，在分析中仅使用分析纯及以上的试剂和符合 GB/T6682 规定的三级水或其纯度相当的水。

2.1 主要仪器和试剂

2.1.1 六偏磷酸钠 ((NaPO3)6) ：

w[(NaPO3)12～13⋅Na2O]=65%～70%

2.1.2 六偏磷酸钠溶液： w[(NaPO3)12～13⋅Na2O]=10g/L

称取 10g 六偏磷酸钠于 500mL 烧杯中，加水搅拌至完全溶解，置于 1000mL 容量瓶中定容至刻度，摇匀。

2.1.3 微粒粒度标准物质。

2.1.4 激光粒度仪：测量范围 0.02μm～2000μm_⨀

2.1.5 分析天平：感量 0.1mg_⨀

2.1.6 分散池：可用 1000mL 烧杯代替。

2.1.7 烧杯： 100mL ， 500mL 。

2.1.8 量筒： 50mL 。

2.1.9 容量瓶： 1000mL ，容量允差应符合JJG 196 规定的 ΔA 级要求

2.2 测定方法

2.2.1 试验步骤

2.2.1.1 开机，预热 30min 。

2.2.1.2 于分散池加入水，水位超过超声装置顶端。

2.2.1.3 启动循环泵，调节泵速 2500rpm ，仪器对光，仪器状态满足样品测量要求；若不满足，应重复清洗系统 2～3 遍；如仍不能达到测量要求，应取下样品池镜片，用镜头纸擦拭后再行清洗。

2.2.1.4 测量水的背景值后，将试样缓慢加入分散池中，同时开启超声波及搅拌，设置条件为超声频率 9，搅拌转速 2000r/min ，对试样进行分散，要求遮光度在仪器显示绿区范围内。

2.2.1.5 如若遇到试样经过循环、超声仍不能悬浮在液体中，或测量结果不稳定时，可依情况加入适量（约 10mL ）六偏磷酸钠溶液于分散池中。

2.2.1.6 仪器启动测量，测量结果稳定时记录测量结果。

2.2.1.7 测量完毕后，用水清洗系统 2～3 遍，使仪器状态满足样品测量要求，如仍不能达到测量要求，应取下样品池镜片，用镜头纸擦拭，再进行清洗，仪器状态满足样品测量要求。

注：部分激光粒度仪测量时仅需将试样加入分散池，仪器自动进行搅拌和对光，测量并显示结果，无需手动操作进行搅拌和对光。

2.2.2 实验数据处理

仪器自动给出粒度分布测试结果及体积分布频率曲线，数据计算按GB/T 8170 进行修约，保留4 位有效数字。

3. 测量不确定度来源

根据 JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[2]，不确定度的主要来源有测量重复性引入的不确定度和仪器标准物质校准引入的不确定度 [3]。

4. 测量不确定度的分析及评定

4.1 测量重复性引入的不确定度u(f)对固体粉末试样进行6 次重复测量，结果列于表1

表1 样品测试液测定结果

平均值为 1022μm ，标准偏差 S=4.16 ，则重复测量产生的标准不确定度 u(f) 为：

测试重复性相对标准不确定度 ur(f) 为：

4.2 标准物质校准引入的不确定度

标准物质校准产生的不确定度主要来源于标准物质定值的不确定度，可根据标准物质证书给出的不确定度采用B 类评定方法进行评定。通过查询标准物质校准证书知其不确定度为 Aμm ，假设其为均匀分布，包含因子k= 3 。

则标准物质校准引入的标准不确定度为 ：

xb 为标准物质标准粒径值，其值为 Bμm ，则标准物质校准引入的相对标准不确定度为 ：

5. 合成不确定度

由于各相对不确定度互不相关，所以得到合成的相对不确定度ur(x) 为：

代入数据得到合成的相对不确定度 ur(x) 为：

ur(x)=B

合成不确定度 u(w) 为：u(x)=B× 平均值 =2.55μm

6. 扩展不确定度

包含因子 k=2 ，则对应的置信概率为 95% ，其扩展不确定度U 为：

U=k×u(x)=12.4

7. 结果报告

激光衍射法测定固体粉末粒度的分析结果可表示为 w= （平均值+U ），扩展因子 k=2 ，置信度水平 P 为 95% 。

8. 结论

激光衍射法测定固体粉末粒度的不确定度分析结果表明，其不确定度来源主要是源有测量重复性引入的不确定度和仪器标准物质校准引入的不确定度，其中仪器标准物质校准对测量结果不确定度贡献较大。

参考文献

[1] 孔祥发，代杰，景永明，等 . 激光粒度分析仪的关键技术及研究进展 [J]. 石化技术，2019，26（3）：187。

[2] 全国法制计量技术委员会 .JJF 1059- 2012 测量不确定度的评定与表示[S]. 北京：中国标准出版社， 2012

[3] 张文阁，激光粒度分析仪校准方法及校准结果不确定度分析[C]// 第七届全国颗粒测试学术会议， 2008