馬爾文激光粒度儀在測定4A沸石粒度分布中的應用

摘要：介紹了用馬爾文激光粒度儀測定4A沸石粒度分布方法，通過實驗對比找到了優(yōu)化的測試條件。此外，據(jù)國家標準(QB廠I’1768—2003)的規(guī)定，也對4A沸石粒度分布進行了測定。通過對比，在經(jīng)過優(yōu)化的測試條件下，使用馬爾文激光粒度儀測定的粒度分布結(jié)果，可以和國標(QB／T1768～2003)的測試結(jié)果相匹配，從而達到實驗目的。優(yōu)化的測試方法容易建立，精密度高，已得到應用，效果良好。

4A沸石為人工合成晶體，在洗滌劑工業(yè)、石油化學工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及環(huán)境保護行業(yè)都有廣泛應用傳統(tǒng)的洗衣粉助劑三聚磷酸鈉易引起環(huán)境污染，造成河流湖泊的富營養(yǎng)化，自20世紀70年代起，世界各國都在尋找其代用品，到目前為止以4A沸石為最佳。近年來，我國部分內(nèi)陸湖區(qū)、沿海經(jīng)濟發(fā)達、人口稠密地區(qū)的水域相繼發(fā)生水質(zhì)富營養(yǎng)化現(xiàn)象，引起了環(huán)保部門的高度重視。我國現(xiàn)已禁止部分地區(qū)使用含磷洗衣粉，21世紀要逐步實現(xiàn)洗衣粉無磷化。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人民生活的提高，家用洗衣機的普及，洗滌劑增長地很快，比世界平均年增長率(4％6％)高出許多倍，但因基數(shù)低，人口多，洗滌劑的消費量會大大增長，相應地環(huán)境保護也越來越強烈要求采用無磷洗滌，因此沸石洗滌劑的應用前景廣闊。

國家標準(QB／T1768—2003)中對沸石粒度分布的測定有詳細規(guī)定。使用日本Hoifba公司生產(chǎn)的CAPA一500型粒度分析儀，參照該規(guī)定進行了沸石粒度分布測定。重點介紹以蒸餾水為分散介質(zhì)，討論Mastersizer2000型激光粒度儀在測定4A沸石粒度分布中的應用。此方法容易建立，精密度高，已得到應
用，效果良好。

1實驗
1．1儀器和原料
英國Marlvern公司生產(chǎn)的Mastersizer2000型激光粒度儀和Mastersizer2000分析軟件；原料來自中國日用化學工業(yè)研究院；蒸餾水；日本Hofiba公司生產(chǎn)的CAPA一500型粒度分析儀。英國Marlvem公司的Mastersizer2000型激光粒度儀適用于微米級粒的粒度測定，它使粒度分析變成一項簡單、直觀的日常工作。
1．2實驗方法
4A沸石顆粒均勻分散在蒸餾水中，循環(huán)泵以一定的轉(zhuǎn)速使蒸餾水以一定的流速通過激光束。顆粒大小不同，衍射角度也不同，衍射光由檢測器收集，并將接收到的信號轉(zhuǎn)換成粒度分布曲線圖，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。
1．3儀器的校正
為了更好地做好本實驗，使結(jié)果更具說服力，對光學系統(tǒng)進行了認真徹底地清潔，另外重新使用Marlvern公司提供的標準樣品，檢查儀器測試結(jié)果的符合程度。測試的重復性是通過多次分析單一標準品確定的，如果重復性指標在儀器設置的精密度范圍內(nèi)，但結(jié)果與Marlvern公司的標準樣品不符，說明需要重新設置樣品的濃度和流速，直至結(jié)果與Marlvern公司的標準樣品相符。循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速對應一定的流速，在實際測量中，設置循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速也就是設置了流速。轉(zhuǎn)速選擇適當，既能使樣品加入燒杯后溶液不會產(chǎn)生明顯的氣泡，又能使樣品顆粒均勻地分布在蒸餾水中而不出現(xiàn)沉降。最后設定的循環(huán)泵轉(zhuǎn)速為2000rpm。
1．4測試步驟
測試前查看樣品中是否有大顆粒，如有則需要研磨。在500mL燒杯中注入400mL蒸餾水，設置循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速為2000rpm，啟動循環(huán)泵；啟動手動測量，軟件將自動進行光路校正，測量背景。當測試步驟提示加入樣品時，用樣品勺將少量4A沸石小心加入燒杯中，直至遮光度達到提示要求；按“開始”鍵，開始測量，測量結(jié)束后，儀器自動給出粒度分布圖。也可在超聲后測量。
2結(jié)果與討論
國家標準(QB／T1768—2003)中對洗滌劑用4A沸石粒度分布的測定有詳細的規(guī)定，把同一樣品參照該規(guī)定進行了測試，從表中可以看出，4A沸石顆粒的粒度在1．000 m一2．000 m范圍內(nèi)最多，接近50％；小于4 m的粒度所占體積百分數(shù)為99．71％。測試過程中使用了日本Horiba公司生產(chǎn)的CAPA一500型粒度分析儀，該儀器屬傳統(tǒng)儀器。
使用Mastersizer2000型激光粒度儀測定4A沸石的粒度分布，其結(jié)果應該與該標準的測試結(jié)果相匹配。使用Mastersizer2000型激光粒度儀測定樣品的粒度分布，測試條件主要從以下幾個方面考慮：流速、同一樣品在蒸餾水中的停留時間、超聲時問和超聲強度。另外，對于顆粒較大的樣品要進行預處理如研磨等，以減少樣品分散時問，提高測試數(shù)據(jù)的可靠性。循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速為2000rpm，轉(zhuǎn)速不太高有助于防止氣泡產(chǎn)生，避免其影響測試結(jié)果。
2．1超聲時間和超聲強度
超聲的目的是使4A沸石在蒸餾水中分散更均勻，同時可打散“團聚”顆粒。Marlvem公司的Mastersizer2000型激光粒度儀自帶超聲設備，效果良好。通過選擇超聲強度值最大，調(diào)整超聲時問來觀察超聲對4A沸石粒度分布的影響。圖1、圖2和圖3分別是未超聲、超聲1min、超聲5min情況下的粒度分布圖。

隨著超聲時間的增加，4A沸石中團聚顆粒的比例逐漸減少，超聲5mi后，4A沸石團聚顆粒已經(jīng)減少到理想狀況。所以超聲處理對4A沸石在蒸餾水中的均勻分散、消除4A沸石團聚的“團聚”作用效果明顯，但超聲時問
也不是越長越好。綜合考查其他樣品的測試情況，最終選定超聲時間為5arin，這時4A沸石在蒸餾水中的分散比較理想，超聲時問再延長意義不大。
2．2超聲后同一樣品在蒸餾水中的停留時間
超聲處理后4A沸石樣品測定的重復性如何，測定的粒度分布曲線圖能否重合，這也是測試所得數(shù)據(jù)能否具有說服力的重要依據(jù)，針對此問題也作了考察。表2是超聲后同一4A沸石樣品在蒸餾水中停留不同時間的粒度分布情況。經(jīng)過超聲處理，同一樣品在蒸餾水中停留時間不同，對4A沸石的粒度分布無影響，另外其對應的粒度分布曲線圖能夠重合。這說明4A沸石樣品在蒸餾水中已經(jīng)處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

2．3與國家標準的對比
做了一系列實驗，目的之一就是使用Mastersizer2000型激光粒度儀建立測試方法，其測試結(jié)果要與國標相比較，分析并找到可以匹配的測試條件。實驗過程中使用Mastersizer2000型激光粒度儀對同樣的4A沸石樣品做了很多次測試，選定的測試條件前面已討論，表2是該條件下的測試結(jié)果。對照表1和表2可以看出，小于4 m的粒度所占體積百分數(shù)中，國標測定值為99．71％，略大于激光粒度儀測定的結(jié)果。

3結(jié)論
經(jīng)過測試條件的優(yōu)化，獲得的測試結(jié)果可以和國標的結(jié)果相匹配。同時與傳統(tǒng)儀器相比較，用激光粒度儀測試樣品具有快速、簡便的優(yōu)點，能夠更好地為實驗和生產(chǎn)等服務。在測試過程中，即使有少量氣泡也會對分析結(jié)果產(chǎn)生影響。增加分散劑及延長攪拌時問等有助于防止氣泡的產(chǎn)生。另外，每次測試結(jié)束，要認真進行清洗，以保證儀器的光學系統(tǒng)清潔；每隔一段時間也要對管路進行清洗。
（日用化學品科學）