环境因素测试

Zeta电位是反映悬液中颗粒表面带电的重要参数，那么颗粒的悬浮环境必然会对电位产生较大的影响，比如悬液中的pH值、电导率以及小分子组份的浓度等，都会对悬浮颗粒表面产生影响，从而直接影响到体系的Zeta电位和稳定性。为了能够系统的对不同的影响因素考察，我们采用丹东百特的BeNano纳米粒度及Zeta电位分析仪分别对不同体系进行了研究。一、pH值对电位数据的影响将10mg聚丙烯酰胺乳胶球样品分散在10mL纯净水中得到母液，通过添加盐酸和氢氧化钠调节样品pH值，并在不同pH值下检测其Zeta电位，结果如下：图1. 不同pH值下样品的Zeta电位曲线通过曲线可以看到，在pH 2-9范围内，随着pH降低，样品Zeta电位从较高的负值向0趋近。这是由于溶液环境中的[H+]浓度随pH降低逐渐增高，样品表面的负电逐渐被中和，趋向于携带更多的正电荷造成的。二、电导率对电位数据的影响采用Duke的聚苯乙烯乳胶球作为研究对象，通过加入不同浓度的氯化钠水溶液来配置一系列不同电导率的乳液，测试其Zeta电位，结果如下：图2. 不同电导率下样品的Zeta电位曲线从上图中可以看到随着电导率的变大，Zeta电位绝对值呈变小的趋势。这是因为在溶液中离子强度与盐的价态和浓度相关。盐的价态越高，浓度越高，离子强度越高，对于颗粒表面电势屏蔽作用越强，颗粒的Zeta电位相应的越低。三、组成成分浓度变化对电位数据的影响采用一款纳米金刚石粉末作为原料，然后将该粉末分别悬浮在含有不同浓度的乙醇胺的水溶液中，在相同条件下分别测试该金刚石颗粒的Zeta电位，数据如下：通过上表可以看出在加入不同量的乙醇胺的环境中，样品的Zeta电位有明显差别。3个样品的Zeta电位均为负值，说明纳米金刚石在这三个环境中均携带负电荷。分散在水中的1#样品的电导率较低，其Zeta电位在-20 mV以上相对较高，而分散在醇胺溶液中的2#和3#样品电导率高于水，Zeta电位明显降低。说明乙醇胺的存在明显对金刚石表面电荷有抑制作用，浓度越高，其体系也越不稳定。

p style="text-indent: 2em "编者按：粉体的粒度及粒度分布是衡量产品质量的关键性指标，而目前最火的粒度检测方法之一就是激光粒度仪了。这种粒度检测方法不受温度变化、介质黏度、试样密度及表面状态等诸多因素的影响，具有测试速度快、测量范围广、便捷易操作等特点。放眼市场，激光粒度仪的品牌和型号也可谓五花八门，琳琅满目。但值得称道的激光粒度仪虽然不胜枚举，却仍然会收到诸多因素的影响，造成检测结果的不稳定。太原理工大学矿业工程学院的专家张国强就深度剖析了7大影响激光粒度仪检测结果的因素。/pp style="text-indent: 2em "专家观点：/pp style="text-indent: 2em "目前市面上的激光粒度分析仪其基本原理均为米氏散射理论及其近似理论。包括测量纳米级颗粒所使用的动态光散射原理也是借助米氏散射理论而补充完善起来的 。米氏散射理论把待测颗粒等效成各向同性的球形粒子，在入射光照射下根据麦克斯韦电磁方程组，可以求出散射光强角分布的严格数学解。 利用米氏散射理论的基本公式进一步求出此时散射光强分布对应的颗粒粒径。米氏散射理论通过测量待测样品的散射光强分布巧妙地解决了超细颗粒的粒度测量问题，但由于基于米氏理论的激光粒度测量技术本身的复杂性，提前预先设定的边界条件并不能全面地反映实际样品的具体情况。 同时商品化的激光粒度分析仪由于受生产厂家技术实力水平的限制，导致各厂家仪器的内部构造与算法程序等方面均存在差异。/pp style="text-indent: 2em "为探究粉体粒度测试评价用标准样品的特性，为激光粒度分析仪生产厂家提供优化仪器性能的理论依据，为粒度检测用户提供评价激光粒度测试结果可靠性与准确性的依据。下面我将对激光粒度仪测试结果的重要影响因素进行分析：/pp style="text-indent: 2em "（1）复折射率/pp style="text-indent: 2em "激光散射法粒度测量的对象一般是微米级的粒子，这些粒子的光学常数并不能简单看成/pp style="text-indent: 2em "粒子材料的光学性质，而是指颗粒的复折射率n’，其定义为：n‘=n+ik。其中 n 为通常所说的折射率，虚部k表示光在介质中传播时光强衰减的快慢，即吸收系数，有时也被称作吸收率。/pp style="text-indent: 2em "复折射率的选择合适与否直接影响到粒度检测结果的准确性与可靠性，但是影响待测颗粒复折射率的因素较多，难以确定其准确值，所以到目前为止在激光粒度测量领域中仍旧没有确定复折射率的统一方法 。在实际的粒度检测过程中，一般只是对同种物质使用一个固定的复折射率，这样的测量结果必然会与样品的真实值有较大偏差。 但是如果针对不同粒/pp style="text-indent: 2em "度区间的颗粒都去寻找其复折射率，却又不现实的。/pp style="text-indent: 2em "（2）折射率/pp style="text-indent: 2em "Mie 散射理论是麦克斯韦电磁方程组的严格解，激光法检测的前提假设是粉体粒子是球形且各向同性的，大多数晶体在不同的方向上有不同的折射率。由于不同厂家的设备中光能探测器的数量、空间分布位置、灵敏度的不同也会导致检测结果的差异。/pp style="text-indent: 2em "（3）内置算法/pp style="text-indent: 2em "由于光强分布的差异，不同粒度仪生产厂家所采用的软件内置算法不同，造成系数矩阵的计算结果差异，由此给反演带来不同程度的误差。/pp style="text-indent: 2em "（4）内外复折射率/pp style="text-indent: 2em "球形石英粉等颗粒，在高温环境下烧灼成型。由于既要成球，又要熔透转变为非晶型或不定形，其技术难度很高。 所以在生产过程中会有部分无定形态的熔融石英包裹在结晶石英上，以及熔融石英内部含有空心气泡。这种颗粒被称为双层颗粒，颗粒内外复折射率不同，导致激光法测量时可能带来较大误差，据相关文献，最大误差可能超过 50%。/pp style="text-indent: 2em "（5）反常异动现象/pp style="text-indent: 2em "有研究者发发现在有些折射率下对于部分粒径区间，随着粒径的变小，散射光强分布主峰会向探测器内侧移动，而正常情况下应向探测器外侧移动，从而影响粒度检测的结果。 这种现象被称为散射光能分布的反常移动现象。/pp style="text-indent: 2em "（6）分散状态/pp style="text-indent: 2em "使用激光粒度仪检测过程中，需注意保证待测颗粒处于良好的分散状态。 当前市面上的主流激光粒度仪， 基本上都带有离心循环分散和超声分散两种分散模式，所以对于这种类型仪器的用户，不建议测试前的机外分散， 因为在用烧杯将分散后的溶液导入循环槽的过程中极易在杯底残留部分大颗粒，导致测试结果产生误差。 在仪器中分散样品时，应注意根据物料性质调整超声和离心循环分散的功率，太大容易导致气泡的产生，太小则容易导致分散效果变差和大颗粒沉底。/pp style="text-indent: 2em "（7）仪器的保养程度/pp style="text-indent: 2em "激光粒度仪的保养程度，对检测结果有较大影响。激光粒度仪需要定期标定维护。在实际的使用过程中发现，部分样品极易在测试过程中附着在仪器的管路内部，从而混入之后的测试样品中带来测试误差。而仪器自带的清洗功能很难解决这类问题，需要在激光粒度测量中引起足够重视。/pp style="text-indent: 2em "鉴于激光粒度测量过程中的影响因素过多，各种样品不同粒级区间的复折射率难以确定，所以目前来看并没有可靠地依据来证明激光粒度测试的准确性，这也是激光粒度检测急需解决的问题。在对粉体粒度要求较高的领域，可以采用多种粒度检测手段，综合比较检测结果，来得到较为可靠的粉体粒度值。此外研制并推广国家及行业内认可的激光粒度分析标准样品，也是一个解决激光粒度检测差异性的实用方法。/p

p　　strong仪器信息网讯 /strong当前石油产品常用的测量运动粘度的方法大都遵循GB/T 265 ASTM D445。工业快速发展下手动运动粘度测量的效率越发不能满足生产的需要，一系列节省时间无需频繁更换粘度管的宽量程自动化运动粘度仪应运而生。/pp　　对于测量运动粘度，影响其准确性的因素非常多。最主要的因素是温度，还有其垂直度，测量时间准确度和动能修正以及装样量等因素。其中动能修正计算复杂，但因影响与时间方成反比，通常手动测量时选择用较长的时间而将其忽略。另外现有的运动粘度管中，乌氏粘度计通过多一支大气联通管的设计也将装样量的因素排除掉，这也是为什么自动粘度测定仪通常选用改良型乌氏粘度管的原因。但对于动能修正的影响，由于自动粘度测定仪要求测量时间短，因此动能修正的因素不能排除，所以在自动仪器测量的情况下如何用最短的时间测量出准确的数值和如何将一系列偏差修正便是主要的难题所在。/pp　　现在对于自动运动粘度测量的校准通常是在测量温度点上将一系列不同数值的标准油测量后画出校准曲线来寻找真正的修正系数，从而将所有的影响通过修正系数修正。其次通过进样过程预估测试样品的范围，从而选择合适的测量球泡，给予合理的测试时间，来达到消除偏差的目的。那么对于粘度测量中最主要的影响因素——温度，便是厂家首要解决的难题。而工业设计的集成化是在准确度基础上的又一个挑战。/pp　　市场上大多数粘度计都是模块化控制，很少一部分是完全集中的，对于模块化的好处是只要有无限大的水浴便能增加测试器的个数，但是较大的水浴温度稳定性和准确度无法得到保证，工业设计的集成化程度也被降低。/pp　　上海邦安检测工程有限公司在二十年前进入石油检测仪器行业，在石油行业发达国家——美国找到了权威的粘度仪器制造商凯能仪器(Cannon Instrument Co.,Ltd，后称凯能或坎侬公司)。在中国计量出版社出版的《粘度测量》一书中介绍，美国国家粘度基准保存在凯能公司，凯能生产的粘度标准可以直接溯源到美国NIST,并且凯能公司还是国际ASTM CIC(Cannon Instrument Company)黏度比对的组织者。而凯能公司生产的粘度测定仪在ASTM D445标准中被推荐使用，凯能一直在石油粘度计领域深耕研发，在保证满足方法和准确性的前提下，尽可能的将设备集成化生产出一代又一代的新产品，为实验室节省空间和提升生产效率。/pp　　以凯能的产品为例，随着工业4.0的脚步，凯能公司新推出的粘度测定仪 CAV 4.2用最小的空间满足尽可能多的测试要求。新的CAV 4.2将智能端与仪器集成在一起，配备智能芯片和触摸屏，新增加安全警示功能，通过内置灯光，实时显示仪器操作状态，为无人化实验室管理提供便利。CAV4.2在有限的空间里配备了两个完全独立的双浴，可以同时进行不同温度点检测。与此同时，两个恒温浴中内置的粘度管每支可以具有100倍的粘度测量范围，全面涵盖0.5mm2/s~10000mm2/s范围内的粘度测量，真正地满足从温度到测量范围多样化宽量程的需求。此外CAV4.2将进样方式设计成两个独立14位外露式自动进样盘，在检测过程中可以随时增加新的样品，真正的实现365天24小时无间断远程测试诊断。而对于基本的温度控制更是能将温差的稳定性控制在0.01℃以内，远远超过方法要求。/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/0b2635fd-8d7f-438b-95b7-56c29e826615.jpg" title="CANNON 双浴全自动运动粘度仪 CAV4.2.jpg" alt="CANNON 双浴全自动运动粘度仪 CAV4.2.jpg"//pp style="text-align: center "a href="https://www.instrument.com.cn/netshow/C314305.htm" target="_self"CANNON 双浴全自动运动粘度仪 CAV4.2/a/pp　　新的CAV 4.2推出以来受到许多关注，目前在国内已经有数十家生产企业投入使用，相比凯能公司的上一代产品，新的CAV4.2更加便利且节省空间，且安全性更高。但是不得不说CAV4.2的高集成化设计也让其售价更高，相比国内外的一些其他品牌粘度计来说，高端的设计也代表了高昂的费用。但是随着工业智能化的发展，先进的仪器是必不可少的，一个智能化实验室的前提投入必然是庞大的，但在长久的运营中，有前瞻性的投入都会转化为成倍的收益。高集成智能化的产品必然会取代落后的产品，高效率低成本的生产者也必将成为市场竞争中的胜者。使用者如何把握新浪潮机遇，不被工业化浪潮甩掉，是我们每个人值得思考的问题。/ppbr//p