馬爾文激光粒度儀在測(cè)定4A沸石粒度分布中的應(yīng)用

摘要：介紹了用馬爾文激光粒度儀測(cè)定4A沸石粒度分布方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比找到了優(yōu)化的測(cè)試條件。此外，據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(QB廠I’1768—2003)的規(guī)定，也對(duì)4A沸石粒度分布進(jìn)行了測(cè)定。通過(guò)對(duì)比，在經(jīng)過(guò)優(yōu)化的測(cè)試條件下，使用馬爾文激光粒度儀測(cè)定的粒度分布結(jié)果，可以和國(guó)標(biāo)(QB／T1768～2003)的測(cè)試結(jié)果相匹配，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康�。�?yōu)化的測(cè)試方法容易建立，精密度高，已得到應(yīng)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(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及環(huán)境保護(hù)行業(yè)都有廣泛應(yīng)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(yíng)養(yǎng)化，自20世紀(jì)70年代起，世界各國(guó)都在尋找其代用品，到目前為止以4A沸石為最佳。近年來(lái)，我國(guó)部分內(nèi)陸湖區(qū)、沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密地區(qū)的水域相繼發(fā)生水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，引起了環(huán)保部門(mén)的高度重視。我國(guó)現(xiàn)已禁止部分地區(qū)使用含磷洗衣粉，21世紀(jì)要逐步實(shí)現(xiàn)洗衣粉無(wú)磷化。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活的提高，家用洗衣機(jī)的普及，洗滌劑增長(zhǎng)地很快，比世界平均年增長(zhǎng)率(4％6％)高出許多倍，但因基數(shù)低，人口多，洗滌劑的消費(fèi)量會(huì)大大增長(zhǎng)，相應(yīng)地環(huán)境保護(hù)也越來(lái)越強(qiáng)烈要求采用無(wú)磷洗滌，因此沸石洗滌劑的應(yīng)用前景廣闊。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(QB／T1768—2003)中對(duì)沸石粒度分布的測(cè)定有詳細(xì)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(jìn)行了沸石粒度分布測(cè)定。重點(diǎn)介紹以蒸餾水為分散介質(zhì)，討論Mastersizer2000型激光粒度儀在測(cè)定4A沸石粒度分布中的應(yīng)用。此方法容易建立，精密度高，已得到應(yīng)
用，效果良好。

1實(shí)驗(yàn)
1．1儀器和原料
英國(guó)Marlvern公司生產(chǎn)的Mastersizer2000型激光粒度儀和Mastersizer2000分析軟件；原料來(lái)自中國(guó)日用化學(xué)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(guó)Marlvem公司的Mastersizer2000型激光粒度儀適用于微米級(jí)粒的粒度測(cè)定，它使粒度分析變成一項(xiàng)簡(jiǎn)單、直觀的日常工作。
1．2實(shí)驗(yàn)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(guò)激光束。顆粒大小不同，衍射角度也不同，衍射光由檢測(cè)器收集，并將接收到的信號(hào)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(shí)驗(yàn)，使結(jié)果更具說(shuō)服力，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)真徹底地清潔，另外重新使用Marlvern公司提供的標(biāo)準(zhǔn)樣品，檢查儀器測(cè)試結(jié)果的符合程度。測(cè)試的重復(fù)性是通過(guò)多次分析單一標(biāo)準(zhǔn)品確定的，如果重復(fù)性指標(biāo)在儀器設(shè)置的精密度范圍內(nèi)，但結(jié)果與Marlvern公司的標(biāo)準(zhǔn)樣品不符，說(shuō)明需要重新設(shè)置樣品的濃度和流速，直至結(jié)果與Marlvern公司的標(biāo)準(zhǔn)樣品相符。循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)一定的流速，在實(shí)際測(cè)量中，設(shè)置循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速也就是設(shè)置了流速。轉(zhuǎn)速選擇適當(dāng)，既能使樣品加入燒杯后溶液不會(huì)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(shè)定的循環(huán)泵轉(zhuǎn)速為2000rpm。
1．4測(cè)試步驟
測(cè)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(shè)置循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速為2000rpm，啟動(dòng)循環(huán)泵；啟動(dòng)手動(dòng)測(cè)量，軟件將自動(dòng)進(jìn)行光路校正，測(cè)量背景。當(dāng)測(cè)試步驟提示加入樣品時(shí)，用樣品勺將少量4A沸石小心加入燒杯中，直至遮光度達(dá)到提示要求；按“開(kāi)始”鍵，開(kāi)始測(cè)量，測(cè)量結(jié)束后，儀器自動(dòng)給出粒度分布圖。也可在超聲后測(cè)量。
2結(jié)果與討論
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(QB／T1768—2003)中對(duì)洗滌劑用4A沸石粒度分布的測(cè)定有詳細(xì)的規(guī)定，把同一樣品參照該規(guī)定進(jìn)行了測(cè)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?jǐn)?shù)為99．71％。測(cè)試過(guò)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(cè)定4A沸石的粒度分布，其結(jié)果應(yīng)該與該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果相匹配。使用Mastersizer2000型激光粒度儀測(cè)定樣品的粒度分布，測(cè)試條件主要從以下幾個(gè)方面考慮：流速、同一樣品在蒸餾水中的停留時(shí)間、超聲時(shí)問(wèn)和超聲強(qiáng)度。另外，對(duì)于顆粒較大的樣品要進(jìn)行預(yù)處理如研磨等，以減少樣品分散時(shí)問(wèn)，提高測(cè)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(cè)試結(jié)果。
2．1超聲時(shí)間和超聲強(qiáng)度
超聲的目的是使4A沸石在蒸餾水中分散更均勻，同時(shí)可打散“團(tuán)聚”顆粒。Marlvem公司的Mastersizer2000型激光粒度儀自帶超聲設(shè)備，效果良好。通過(guò)選擇超聲強(qiáng)度值最大，調(diào)整超聲時(shí)問(wèn)來(lái)觀察超聲對(duì)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(shí)間的增加，4A沸石中團(tuán)聚顆粒的比例逐漸減少，超聲5mi后，4A沸石團(tuán)聚顆粒已經(jīng)減少到理想狀況。所以超聲處理對(duì)4A沸石在蒸餾水中的均勻分散、消除4A沸石團(tuán)聚的“團(tuán)聚”作用效果明顯，但超聲時(shí)問(wèn)
也不是越長(zhǎng)越好。綜合考查其他樣品的測(cè)試情況，最終選定超聲時(shí)間為5arin，這時(shí)4A沸石在蒸餾水中的分散比較理想，超聲時(shí)問(wèn)再延長(zhǎng)意義不大。
2．2超聲后同一樣品在蒸餾水中的停留時(shí)間
超聲處理后4A沸石樣品測(cè)定的重復(fù)性如何，測(cè)定的粒度分布曲線圖能否重合，這也是測(cè)試所得數(shù)據(jù)能否具有說(shuō)服力的重要依據(jù)，針對(duì)此問(wèn)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(shí)間的粒度分布情況。經(jīng)過(guò)超聲處理，同一樣品在蒸餾水中停留時(shí)間不同，對(duì)4A沸石的粒度分布無(wú)影響，另外其對(duì)應(yīng)的粒度分布曲線圖能夠重合。這說(shuō)明4A沸石樣品在蒸餾水中已經(jīng)處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

2．3與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比
做了一系列實(shí)驗(yàn)，目的之一就是使用Mastersizer2000型激光粒度儀建立測(cè)試方法，其測(cè)試結(jié)果要與國(guó)標(biāo)相比較，分析并找到可以匹配的測(cè)試條件。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用Mastersizer2000型激光粒度儀對(duì)同樣的4A沸石樣品做了很多次測(cè)試，選定的測(cè)試條件前面已討論，表2是該條件下的測(cè)試結(jié)果。對(duì)照表1和表2可以看出，小于4 m的粒度所占體積百分?jǐn)?shù)中，國(guó)標(biāo)測(cè)定值為99．71％，略大于激光粒度儀測(cè)定的結(jié)果。

3結(jié)論
經(jīng)過(guò)測(cè)試條件的優(yōu)化，獲得的測(cè)試結(jié)果可以和國(guó)標(biāo)的結(jié)果相匹配。同時(shí)與傳統(tǒng)儀器相比較，用激光粒度儀測(cè)試樣品具有快速、簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地為實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)等服務(wù)。在測(cè)試過(guò)程中，即使有少量氣泡也會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生影響。增加分散劑及延長(zhǎng)攪拌時(shí)問(wèn)等有助于防止氣泡的產(chǎn)生。另外，每次測(cè)試結(jié)束，要認(rèn)真進(jìn)行清洗，以保證儀器的光學(xué)系統(tǒng)清潔；每隔一段時(shí)間也要對(duì)管路進(jìn)行清洗。
（日用化學(xué)品科學(xué)）