路径: 主页 > GB/T > 第677页 > GB/T 19077.1-2008 | 标准编号 | GB/T 19077.1-2008 (GB/T19077.1-2008) | | 中文名称 | 粒度分析 激光衍射法 第1部分：通则 | | 英文名称 | Particle size analysis -- Laser diffraction methods -- Part 1: General principles | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | A28 | | 国际标准分类 | 19.120 | | 字数估计 | 31,377 | | 发布日期 | 2008-04-16 | | 实施日期 | 2008-10-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 19077.1-2003 | | 引用标准 | GB/T 15445-1995 | | 采用标准 | ISO 13320-1-1999, IDT | | 标准依据 | 国家标准批准发布公告2008年第5号(总第118号);国家标准公告2016年第5号 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | GB/T 19077.1的本部分规定了通过对光的角分布散射图的分析, 测定两相颗粒体系的粒度分布。本部分适用于测定粉体、喷雾、气溶胶、乳液和液体中的气泡等。不对具体仪器测定粒度提出具体要求。本部分适用的粒度范围从大约0.1μm～3mm。由于该技术采用的光学模型设定为球形颗粒, 所以对非球形颗粒所获得的是等效球形颗粒的粒度分布。相关的粒度分布的结果, 可能不同于用其他物理原理测定的结果。 | GB/T 19077.1-2008: 粒度分析 激光衍射法 第1部分：通则
GB/T 19077.1-2008 英文名称: Particle size analysis -- Laser diffraction methods -- Part 1: General principles
中华人民共和国国家标准
GB/T １９０７７．１-２００８／ISO １３３２０-１：１９９９
代替GB/T １９０７７．１-２００３
粒度分析 激光衍射法
第１部分：通则
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
１ 范围
GB/T １９０７７．１的本部分规定了通过对光的角分布散射图的分析，测定两相颗粒体系的粒度分布。
本部分适用于测定粉体、喷雾、烟雾、气溶胶、乳液和液体中的气泡等。不对具体仪器测定粒度提出
具体要求。
本部分适用的粒度范围从大约０．１μｍ～３ｍｍ。
由于该技术采用的光学模型设定为球形颗粒，所以对非球形颗粒所获得的是等效球形颗粒的粒度
分布。相关的粒度分布的结果，可能不同于用其他物理原理测定的结果（例如沉降法、筛分法）。
２ 规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T １９０７７的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文
件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成
协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本
部分。
GB/T １５４４５-１９９５ 颗粒粒度分析结果的图形表征（ISO ９２７６-１：１９９０，ｎｅｑ）
３ 术语、定义和符号
下列术语、定义和符号适用于本部分。
６．１ 需要的条件
６．１．１ 仪器的安置
仪器应安置在清洁的、电磁干扰小、机械振动低，温度波动小、不被阳光直接照射的地方。工作区域
应该有良好的通风条件，仪器最好放在刚性的光学平台上，也可以放在刚性强的，不会使光学系统需要
经常重新调整的工作台上。
警告：仪器有一个低功率的激光源，它能使眼睛受到持久的伤害。不要看激光束的直射光或反射
光。不要用反射面切断激光束。应遵守当地辐射器安全法规。
６．１．２ 液体分散剂
折射率已知，光学透明的各种液体都可以作为粉体的分散剂。粉体的分散液必备的条件见附录Ｃ。
如果用某一种有机液体作为分散剂，就必须遵守当地的健康和安全法规。当使用易蒸发的液体时，
应使用有盖的超声波浴漕，防止浴漕上方聚集危险的蒸气，或者由于液体蒸发，而使温度降低，导致折射
率的变动。
６．１．３ 分散用的气体
应用喷雾法进行干法分散，通常使用压缩气体。这种气体中不能含有油、水或颗粒物。这就需要使
用带干燥剂的过滤器。任何抽真空的设备，都应该与测量区隔开，防止它输出的热空气进入测量区域，
避免由于进气温度的变化影响颗粒流的稳定性。
６．２ 样品的检验、制备、分散和浓度
６．２．１ 样品的检验
用目视或显微镜观测，估计样品的粒度范围和形状，以及颗粒的分散情况。
如果样品中的颗粒对某一批材料有代表性，而且分散充分，则测得的粒度分布结果对这批材料
有效。
６．２．２ 样品的制备
对于干的粉体，使用样品均分技术（如：旋转分格），制备具有代表性的体积合适的待测样品。如果
样品很少或者是湿的粉体，可以先混合成非常好的膏剂，然后取出部分膏剂作为样品。膏剂的制备方法
是：分散剂一滴滴地加入粉体，同时用抹刀混合，如果混合物结块，就应该增加分散剂继续混合。最好
的膏剂应像峰蜜或牙膏那样，如果由于操作错误致使膏剂过稀，就需要重新制作。
如果样品中有些颗粒的尺度超出测定范围，应该去除超出的颗粒。可以采用筛分法去除，但应确定
并记录去除的数量或百分比。
因为，对于喷雾、气溶胶和液体中的气泡，在取样进行稀释时，不改变粒度分布，几乎是不可能的。
所以，只要浓度适当（见６．２．３和６．２．４）就应该对它们进行直接测定。
６．２．３ 样品的分散
６．２．３．１ 干的粉体可以用气体或液体分散。分散程度应符合测定的目的。例如：是测定原始的颗粒，
还是测定团聚以后的颗粒。
６．２．３．２ 适合使用的干分散器，一般是使用压缩空气或抽真空进行分散。它是利用剪切力和颗粒与颗
粒之间，颗粒与器壁之间的机械力，相结合进行分散（见图４）。对于干分散，应注意到被测定的样品是
具有代表性的样品。为了能测定较宽的粒径分布范围，而且克服颗粒数较少的粗颗粒的统计误差，被测
定的样品应有足够的数量。对于干分散，被测定的应该是样品原始的完整的颗粒。应注意粒度的分布。
既要做到充分地分散，又要防止弄碎原始的颗粒，通常是将干分散的结果直接与液体分散的结果进行比
较，结果应该是一样的。另一个方法是改变分散能量（如原有的气体压力），监测粒度分布的变化。通常
是增加分散能量，分散状况向好的方向变化，到一定能量后，粒度分布恒定不变。继续增大能量，由于颗
粒被破碎而小颗粒增加。稳定不变的中点是最适合的能量值。注意：稳定不变的状况不是一定会出现
的（如严重团聚或易碎的颗粒）。
ａ） 速度梯产生的剪切力 ｂ） 颗粒与颗粒的碰撞 ｃ） 颗粒与壁的碰撞
图４ 粉体干分散的过程
６．２．３．３ 许多液体都可以作为分散剂。附录Ｃ提出一些需要具备的条件。搅拌和超声振荡都能促进
液体中颗粒的分散。可以用显微镜观察检查分散的效果，也可以用激光衍射仪测定悬浮液，同时用适当
的超声波振荡：如果样品充分分散，而且无破碎和溶解，测得的粒度分布应该是不变的。
为了测定结果可靠，需要的样品最小体积，应随着粒度分布范围的变大而增加，需要有足够的数量，
才能得到大颗粒准确的数据。因此，如果超出光学浓度，就应该增加悬浮样品的液体的体积。
例如，样品的粒度范围大约为２μｍ～２００μｍ，则需要至少０．３ｍＬ的样品，需要至少５００ｍＬ的液
体悬浮分散剂。一次测定需要的测定时间（或者是探测器读出数据），应根据测定的不确定度要求而定。
６．２．４ 样品浓度
颗粒在分散剂中的浓度应不低于某一个最小的数值。对于多数仪器，为了能够得到一个可以接受
的信噪比，样品的体积浓度值应不低于５％；同样，也应有一个浓度的上限。为了避免多重散射（光接连
被多个颗粒散射），颗粒大于２０μｍ时，浓度值的上限约为３５％，颗粒小于２０μｍ时，浓度值应小于
１５％。一般情况多重散射在较大的散射角处出现。如果没有多重散射修正，细的粉体测得数值将超过
真实的数值。如果必须直接测定高浓度的试样，就应该进行多重散射修正，否则将会存在系统误差。
图５提供了浓度的初步估计。
图５是一个很好的例子，它显示出最合适的颗粒浓度几乎与颗粒的粒度成比例：小的颗粒需要低的
浓度。例如：散射腔中，路程长度为２ｍｍ 时，颗粒直径接近１μｍ，测定时需要的体积浓度近于
０．００２％；对于１００μｍ的颗粒，浓度应该近于０．２％。根据测定结果，确定粒度分布的宽度所需要的最
佳样品浓度。此外，图５中显示的浓度范围，还受激光束的宽度、测定区域的路程的长度、颗粒的光学性
质、探测器单元的灵敏度等因素的影响。鉴于上述因素，对于任一种典型的材料，为了确定最合适的浓
度范围，应该对于不同浓度的颗粒进行测定。
６．３．１ 程序
利用激光衍射分析粒度分布的典型的程序如下：
ａ） 调试仪器和测定空白
选择适当的粒度系列和仪器的光学部件的组合，对无颗粒的介质进行空白测定，测得的信号储存备
用。在以后的样品测定过程中，样品测得的信号减去空白信号，才是样品的真正信号。
ｂ） 分散后的样品散射图的测定
一般情况，仪器能在很短的时间内，获得大量的探测器全扫描数据，典型的是２ｓ扫描１０００次，用
每个探测器单元的信号计算出平均值，有时还给出标准偏差，数据储存在计算机的储存器中，每个探测
器单元的信号量值取决于探测的面积、光的强度和转化效率。探测器单元的坐标（尺度和位置）和透镜
的焦距共同决定每个单元散射角的范围。通常这些因素都是由制造厂家设定并储存在计算机中。多数
仪器也测定中心激光束的强度。分散好的样品和空白测定出的差值，体现着散射光的总和及颗粒浓度。
ｃ） 选择合适的光学模型
常选用夫琅和费或米氏理论，有时也选用另外的近似理论对散射矩阵进行计算。使用米氏理论，应
该将颗粒和介质的折射率或它们的比值输入仪器中的矩阵模型进行计算（参见附录Ｄ液体和固体的折
射率）。经常用折射率的虚数部分的小的数值［近于（０．０１～０．１）ｉ］修正颗粒表面粗糙度的影响。
注：复数折射率中的虚数部分小的差异，能使颗粒分布的分析结果出现明显的差异。正常情况，要获得有据可查的
结果，折射率的数值必须是有根据的。
ｄ） 散射图变换为粒度分布
解析衍射环的步骤，就是逆变换，根据散射图计算出粒度的分布。事实上，精确度差的数据总是存
在一些随机误差和系统误差，可能产生错误的粒度分布的结果，有几种数学程序经过发展，在不同仪器
中得到应用。
它们包含：衍射图实测值与计算值的加权偏差（如：最小二乘法）、一些限制条件（如：颗粒的总和不
能为负数），以及使粒度分布曲线平滑的偏差。可应用一个新的程序监测探测器信号的波动，引进适当
的数据加权，并且计算颗粒分布的不确定度。
６．３．２ 注意事项
测定前和分析期间的任何时候都应该遵循仪器手册的有关说明，也要遵循以下注意事项：
ａ） 接通电源之前，应确认仪器所有部件都接地良好。所有的颗粒分散和输送装置、超声浴漕、干
的分散器、真空进气口和真空管道都应接地。防止由于静电放电引起有机溶剂点燃或尘埃
爆炸。
ｂ） 接通电源以后，应给予足够的时间使仪器稳定。气体激光器（如 Ｈｅ-Ｎｅ激光器）通常需要有
半个多小时的预热时间。
ｃ） 检查仪器的状况，如果需要，应调整测定范围和透镜。通过观测探测器上的强度，确认探测器
对中良好，并位于透镜的焦平面上。没有颗粒时，对于某种结构的仪器和分散设备的状态下，
背景信号应该低于一个具体的临界值。否则就需要检查，必要时应清洁光学部件，以保证正常
运行。
ｄ） 确认颗粒通过激光束时处于透镜的特定的工作距离之内，这样一切有关颗粒的散射光，进入
透镜并聚集在焦面的探测器上（并且可以避免晕映现象）。
ｅ） 为了保证仪器的精确性和准确性，应定期用粒度分布已知的标准样品校准（见６．４和６．５．２）。
ｆ） 对于湿分散，要防止分散液中存在气泡，应避免使用泡沫清洁剂。
ｇ） 对于干分散，通过观察和随后的浊度的检查，分散设备应能产生稳定的物质流。
ｈ） 对于气溶胶和喷雾，确认没有明亮光的照射或经颗粒散射进入探测器，颗粒或液珠应均匀地
进入散射区。
ｉ） 如果可能，应检查光学模型（有关的折射率）对粒度分析结果的影响，特别是对于多数粒度小于
１０μｍ的样品。
注：测量结果对折射率的依赖性很大，折射率有很小的偏离，就会使测量结果出现较大的系统误差（见附录 Ａ和附
录Ｄ）。
６．４ 重复性
对于粒度分布的变异系数不大于５０％（或者是颗粒大小直径之比为１０∶１）的样品，从一批均匀的
样品中取５份样品，进行５次测定，特征粒度重复性如下：对于粒度分布的中位值（狓５０），变异系数应小
于３％；对于粒度分布两边的值，例如狓１０和狓９０，变异系数应不超过５％，对于１０μｍ以下的颗粒，变异系
数可以加倍。
６．５ 准确度
６．５．１ 校准
激光衍射体系是以理想的颗粒为基础的（见附录Ａ），所以严格的校准是无意义的。但仍需要用有
效的程序验证仪器操作的正确性（见６．５．２）。
６．５．２ 确认
６．５．２．１ 使用参考物质或者任何有证书的标准物质进行大家可以接受的标定。要检查整个测定程序，
包括取样、样品分散、样品输送、测定、衍射环解析程序。此文件对于总的操作程序作了足够详细的
叙述。
粒度分布已知的标准参照物质或有证书的物质，其球形颗粒应具有１０个以上的粒度等级。这些标
准物质需要用绝对方法确定各粒度等级的质量分数，如果可能还应该有一个确认的详细的操作程序。
如果用米氏理论进行计算，应使用该物质的复数折射率的精确的数值。对于参照物质或有证书的物质
进行至少３次独立的测定，测得中值狓５０的平均值和标准偏差，平均值与标准值之差应小于３％。则认
为激光衍射的响应曲线符合标准，对于狓１０和狓９０平均值与标准值之差应小于５％。
尽管使用球形的参照物比较好，然而，非球形的也可以使用。最好有证书或能说明量值来源的，并
附有相应的激光衍射分析详细的操作程序。如果参照值是用激光衍射以外的方法得到的，可能产生一
个大的偏差。因为不同的原理，不同的方法对颗粒的性能有不同的灵敏度。从而对同样非球形的颗粒，
有可能得到不同的等效直径。
上述有证的标准物质之外，具有典型成分和特定的粒度分布的材料，如果能证明它的粒度分布是稳
定的。也可以用来校准仪器，其测定结果的精确度和偏差要求，与前述的有证标准物质相同。
具有同样特性两种或更多的参照物按体积比混合，能用于检测分布值的准确度、粒度的分辨力和对
细粉或粗粉的灵敏度。用于混合用的取样数量可能很少，因此从原料中正确获取有代表性的样品，比正
常情况取样显得更为重要。
６．５．２．２ 激光衍射仪的第二种确认方法，通常是使用合适的参照刻线。这种方法只能检查仪器的光学
系统和软件的性能，不能检查样品的分散和操作。对于焦距超过３００ｍｍ的仪器，由于激光散斑效应，
应用刻线确认是不可靠的。在确认过程中，刻线的正确应用需具备下述条件：用于测量的光束斑点应充
满环形的区域。注意，应用反转付立叶变换的那些仪器，刻线应该靠近探测器，否则约束作用可能下降。
如果连续至少３次测得的狓５０的平均值与标准值之偏差小于２％，而且对于狓１０和狓９０小于３％，则认为激
光衍射仪的响应曲线符合本标准的技术要求。
６．６ 误差的来源和分析
６．６．１ 系统的测定误差可能来源于：不合理的样品的制备，理论假设偏离微粒物质，以及仪器的不适当
的操作或运行。
６．６．２ 样品制备过程中的人为误差，经常是总误差中的主要部分。它是由下述原因产生的：
---不适当的取样技术，被测定的是没有代表性的样品。对于批量巨大自由流动的物质，粒度分布
范围广，又使用不适当的取样技术，这种误差尤其值得注意。这种误差也可能是由于仪器中的
样品输送系统有选择性地输送造成的。例如，泵的速度过低可能导致大的颗粒在输送中沉淀。
---不合理的分散程序（液体、分散剂、超声波），导致颗粒团未全部分散。
---分散过程的机械力（如超声波）使颗粒破碎。
---颗粒或雾滴在测量前或测量期间膨胀，结团，溶解或蒸发。
---由于使用泡沫分散剂或强力的搅拌出现气泡。
---由于分散液或气体温度的波动产生折射率的差异，例如分散液的蒸发或者有火焰存在。
６．６．３ 另一个重要的来源，是对微粒物的理论假设偏离实际而产生的误......
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