【應(yīng)用】使用MS20穩(wěn)定性分析儀測量分散體系粒子的平均粒徑
【應(yīng)用】使用MS20穩(wěn)定性分析儀測量分散體系粒子的平均粒徑
【方案摘要】
微小顆粒態(tài)物質(zhì)在日程生活和工業(yè)生產(chǎn)中有著很廣泛的應(yīng)用,尺寸的大小和分布情況直接關(guān)系到工業(yè)流程,產(chǎn)品質(zhì)量以及能源消耗和生產(chǎn)過程的安全性。因此,準(zhǔn)確方便地測量微小顆粒的粒徑非常重要。粒徑的測量可服務(wù)于化妝品、化學(xué)、制藥或食品等多種應(yīng)用領(lǐng)域。
由北京奧德利諾儀器有限公司代理的,德國德飛 DataPhysics 儀器公司生產(chǎn)的MS20(圖1)是一種基于多重光散射原理來評價多項分散體系穩(wěn)定性以及時間和溫度相關(guān)的不穩(wěn)定機(jī)制的綜合表征儀器。它提供了一種簡單快速的方法來測量分散體系中粒子的平均粒徑。本文將介紹使用MS20穩(wěn)定性分析儀對兩種聚苯乙烯顆粒的平均粒徑進(jìn)行測量。
【圖1】MS 20穩(wěn)定性分析儀
測量原理:
MS20穩(wěn)定性分析儀是基于多重光散射原理將一束光攝入液體樣品中,樣品中懸浮顆粒使進(jìn)入樣品的光發(fā)生多次散射(偏離入射方向而向四面八方散射),這種現(xiàn)象稱為多重光散射。入射光進(jìn)入樣品后被連續(xù)多次散射,最終射出樣品的光的強(qiáng)度取決于光的波長、顆粒濃度、顆粒粒徑、連續(xù)和分散相的折射率、吸收系數(shù)。多重光散射技術(shù)能夠檢測分散體系的穩(wěn)定性,包括分散體系中顆粒粒徑隨時間的變化、粒子遷移速度、穩(wěn)定性指數(shù)等。該儀器適用于固/液、液/液、氣/液等分散體系。
根據(jù)斯托克斯公式以及通過MS20測量計算得到的遷移速率V,可以計算平均粒徑??:
其中,Δ??是顆粒和液體之間的密度差;
??是重力加速度,約為9.81 m/s2;
??是液體的粘度。
實驗過程:
本次實驗使用兩種具有不同粒徑的聚苯乙烯顆粒(PS1和PS2)(圖2)。包裝上給出的 PS1 和 PS2 顆粒的粒徑分別為 20µm 和 40µm 。懸浮液的溶劑是水,其密度和粘度在室溫下分別為 0.998g/cm3 和 1.002mPas 。體積分?jǐn)?shù)為5% 。
【圖2】
將制備好的20ml的聚苯乙烯懸浮液倒入樣品管中,并將實驗條件設(shè)置為25°C下每1分鐘測量一次,持續(xù)測量1小時。測量區(qū)域在0mm(樣品管底部)和56.5mm(樣品管頂部)之間。
(圖3)給出了兩種聚苯乙烯懸浮液的測量結(jié)果。
* 其中Transmission代表透射光,BackScattering代表背散射光;
* 橫坐標(biāo)從左至右代表樣品管從底部(位置0mm )到頂部(位置56.5mm );
* 曲線的顏色編碼表示測量的時間,從紅色(第一次測量,t=0s)到紫色(最后一次測量,t=1h)。每條曲線代表一個單獨的測量值。
【圖3】
圖3中的透射圖和背散射圖清楚地顯示了光強(qiáng)的時間依賴性和位置依賴性變化,體現(xiàn)出一個典型的沉降過程??梢钥闯?,由于PS1顆粒的粒徑較小,沉降速率慢,PS1的透射和背散射光光強(qiáng)的變化比PS2慢得多。
【圖4】PS1懸浮液中粒子的平均遷移速率及平均粒徑計算
利用MS20軟件中的相應(yīng)功能,可以輕松的計算出兩種樣品粒子的遷移速率,如圖4所示,PS1懸浮液中粒子的平均遷移速率為0.6262 mm/min(圖4左側(cè))。再根據(jù)軟件中的斯托克斯定律計算功能,輸入對應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)等參數(shù),只需點擊軟件中的“計算”即可獲得PS1的平均粒徑(圖4右側(cè))19.88um。同理,計算出PS2的平均粒徑為39.54um(表1)。
樣品名稱 | 遷移速率(mm/min) | 粒徑(um) |
PS1 | 0.6262 | 19.55 |
PS2 | 2.725 | 39.54 |
(表1)
結(jié)論:
通過MS20測得PS1和PS2平均粒徑分別為19.55µm和39.54µm,兩個樣品的測量結(jié)果幾乎與生產(chǎn)廠家給出的值一致,這證實了利用MS20測量平均粒徑是準(zhǔn)確可靠的。
使用MS20穩(wěn)定性分析儀及其配備的多功能軟件,可以高效準(zhǔn)確地測量樣品的平均粒徑。除此之外,MS20還具備測量樣品的均一性、測量樣品分層厚度隨時間變化、計算穩(wěn)定性指數(shù)、分析分散體系不穩(wěn)定機(jī)制等功能,可廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工、食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、石油、新能源等多個領(lǐng)域。
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