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粒度图谱解析:深入理解粒度数据的关键参数与检测方法

来源:今日观察者 科技

粒度图谱解析:深入理解粒度数据的关键参数与检测方法

写给谁看?

这个维度检测报告可作为参考范例。

分析参数

分析模块里面记录了粒度测试的重要参数。具体涉及到三个光学参数:颗粒折射率、颗粒吸收率(人为输入)、分散剂折射率,这三大参数会直接关系到粒度检测的结果,详细的设置可以参阅我们先前发布的文章《粒度测定中光学参数对结果的影响》。关于粒度测定中光学参数对结果的影响,文章中分为三个部分进行介绍。

1. 光学参数

通过分散剂名称可以查明方法采取的是水法还是油法,或者是干法。以本例来说,分散剂为水,表明采用的是水法测定,水的折射率设定为1.330。

2. 计算模型选择

本次测试选用了Mie散射模型搭配通用分析模型,这套组合适用于大多数有机和无机粉末。

3. 残差与遮光度

残差和遮光度是本次测试的实时参数,通过这两个参数,可以初步判断数据是否可靠。

(1)加权残差:行业普遍认为合格标准应低于1%,最好别超过2%(或仪器厂商给出的标准)。本例中加权残差为0.61%,说明理论拟合曲线和实测散射信号匹配度非常高,拟合效果理想,数据基本准确。

(2)激光遮光度:代表进样浓度。在湿法测定中,适宜的遮光度范围通常为10%到20%,本例中遮光度为18.6%,浓度适中,有效避免了浓度过高时易发生的多重散射,以及浓度过低时信噪比不足的问题。

结果

结果部分从上往下分为五个区域,具体如图所示。

1. 浓度:0.0048%

悬浮液中颗粒体积占液体总体积的百分比,是通过遮光度代入朗伯-比尔公式,结合颗粒光学参数换算得出的理论体积百分比;遮光度是原始测量值,这个浓度是二次计算得出的。

2. 径距(Span)、一致性(Uniformity)

(1)径距(Span):1.581

从事原料药研发的人员需要特别注意,如果Span大于3.5,要特别小心。

之前有其他公众号的同行分享过相关案例,审评老师要求将这一参数作为粒度的控制指标。这意味着审评不仅关注粒度结果,还关注是否存在过小和过大的颗粒。由此可以看出,对粒度工艺水平的要求正在提高。工艺和方法确实需要相互配合!

(2)一致性(Uniformity):0.484

这是马尔文Span配套的均一性评价参数,用来衡量所有颗粒与中值的绝对偏差,和Span的趋势对应,如表所示:

总结:一致性(Uniformity)相比径距(Span)更为敏感于整体分布的均匀度,更关注颗粒在中位值附近的分布;而径距(Span)更能反映颗粒在粗细两端的分布特征。

3. 比表面积、D[3,2]、D[4,3]

(1)比表面积:1921 m²/kg

计算完全基于本次测试的D[3,2]数值和物料密度,通过球形颗粒理论公式推算得出,不是通过氮气吸附BET实测的真实比表面积。

(2) D[3,2]:2.02 μm 表面积平均径

(3)D[4,3]:2.92 μm 体积平均径

我们的目标是让D[3,2]与D[4,3]的数值差距变小,两者越接近,粒度分布越均匀、理想。

4. Dv系列体积百分位(从小到大累计体积分界)

我们需要了解一个核心前提,即激光衍射法测量的粒度分布默认是体积分布,而不是个数分布!

以一个例子来说明:

假设一筐水果中包含200个李子和1个西瓜:

按体积分布:西瓜在筐中占据大部分体积;

按个数分布:李子的数量占多数,西瓜可忽略不计。

简单来说,激光衍射法关注的是这些颗粒累计占据了多少体积——只要记住了这一点,后面理解起来就会容易很多。

在粒度测定过程中,通常会借助电子显微镜或普通显微镜进行辅助检测。如果使用电子显微镜将每一颗粒子单独挑选出来,按直径从小到大排列,逐个累加体积:

当累加到总颗粒体积的10%时,当前这一颗的直径就是Dv10;

当累加到100%时,最后这一颗、直径最大那一颗的直径就是Dv100。

如下面的示意图所示:

这个逻辑只适用于可以逐个观测单个颗粒的设备(光学显微镜、电子显微镜)。

这是理想离散场景,颗粒是独立实体,体积是分段跳跃式累加,10%分界会精确落在某一颗实际颗粒的直径上。

而在激光粒度连续拟合场景下(马尔文粒度仪)没有逐个捕捉颗粒,而是通过散射信号拟合出连续平滑曲线(S形曲线,逐渐上升),因此这个分界粒径是曲线推算出来的值,不一定真存在一个刚好具有这个直径的颗粒。(示意图如下)

5. 区间体积占比(括号内为区间分隔,0~2、2~4、0~10μm)

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