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浅谈激光粒度仪的使用方法及常见问题分析

发布时间:2021-06-24作者:admin来源:未知点击:

       激光粒度仪是利用激光照射到微粉颗粒上产生光的衍射效应,颗粒的大小差异带来激光衍射角度的变化,投影到探测器上表现为衍射光环大小的变化。根据光环的大小来分析粒度的粗细,根据光环的强弱判断某一粒度数量的多少。然后由计算机根据衍射光环的大小和光的强弱,按照预定的数学关系进行拟合近似分析,得到样品的粒度组成分析结果[1,2]。由于它具有测量范围宽、重复性好、速度快、中值粒径分析结果比较准确,稳定、操作容易等显着优点,非常适合生物医药制剂行业。尤其广泛应用于微球分析、粉雾剂质量研究、脂质体粒径和分布检验、乳剂[3,4]微粒子分析、制剂中间体、原料药[5,6]、辅料及中药粉体粒度[7,8]等。但随着激光粒度分析仪的广泛使用[9,10,11],也暴露出了激光粒度仪用于粒度分析所存在的问题。例如不能对颗粒进行准确分析,不能有效准确地反映出粒度组成的变化,仪器可校准和可溯源性差等。这些问题严重影响了测试结果的准确和可靠性。笔者认为与激光粒度仪的使用方法及影响因素有很大关系,本文就激光粒度仪的使用方法、影响因素及注意事项,谈谈笔者自己的见解。
 
1 使用方法
本文以泰州医药高新技术产业园区公共平台服务中心分析测试部的一台MS2000型(Malvern)激光粒度仪(湿法)为分析对象,为本文提供数据。
 
(1)开机顺序:先打开仪器主机以及湿法进样器(2个开关),再开电脑,仪器需要预热15~30 min。
 
(2)在样品杯中加入纯净、适量的分散剂,打开进样泵(手指轻轻按键控制面板第一个显示中间的on/off键盘),使溶液在样品杯、进样泵、进样管和样品池中循环流动,同时打开超声分散器,赶跑分散剂溶液中夹带的小汽泡。
 
(3)在桌面上双击Mastersizer2000操作软件,进入Mastersizer2000操作软件,输入操作者姓名,然后鼠标左键点击确定。
 
(4)点击“文件”菜单栏,点击打开。如第一次使用本仪器则新建一个文件;如果已有文件夹,则打开已有的文件,确保使用记录存放在你所需要的文件名下。
 
(5)单击“测量”菜单中的“手动”按钮,进入测量窗口。
 
(6)然后点击“对光”,对光通过后,如果背景状态正常,就不需要换分散剂了(如果是第一次打开软件的话,对光按键是隐藏在测量背景下面的,只要点击“开始”键,仪器就会对光接着测量背景的);
 
(7)然后进入“选项”菜单,选择与待测样品一致的光学参数(如样品和分散剂的折光率等。如果无对应的光学参数,则新建样品、分散剂名称和相对应的光学参数),再进入“文档”菜单,输入样品名称,然后“确定”退出。
 
(8)然后单击“开始”按钮,系统开始测量背景,当背景测量完成以后并提示“加入样品”后,开始加入样品到遮光度10%至控制的遮光度范围内(绿色区域),然后单击“开始”或按“测量样品”仪器会进行测量样品,每测量一次,结果会按记录编号和时间存在已经指定的文件里。
 
(9)仪器自动控制直至该样品测量结束,在“记录”中选择并单击需要打印或阅读的报告。
 
(10)测量结束后,抬起烧杯上方盖子到两个黑线中间,附近会自动把样品池的分散剂排除,然后将样品杯中的被测溶液更换成纯净的分散剂,继续启动进样泵进行管道的清洗,然后再更换成纯净水(以背景正常为准)。
 
(11)关机顺序:先关电脑软件,再关湿法进样器和仪器主机。
 
2 影响因素[12,13]
2.1 分析模型选择
激光粒度仪通常有5种模式:通用模式、单窄峰模式、多窄峰模式、不规则模式和球形模式。通用模式用于各种分布。对大部分研磨,沉积,乳液都可以用;对未知样品,这个模式永远是第一选择。单窄峰模式用于分布宽度小于一个数量级的样品。这个模式只能用于粒度的分布窄于一个数量级:0.1~1μm,1~10μm,10~100μm,100~1000μm等。类似的样品有乳胶球,分级以后的样品,或氧化铝。
 
多窄峰模式用于窄分布混合物;不规则模式用于大部分材料。对乳胶球,玻璃珠,或乳液应当用球形模式。例如牛奶样品,乳液是球状的。使用不规则模式会“漏掉”蛋白微胞的峰。
 
2.2 分散剂选择
使用标准物质校准激光粒度仪最重要的一个条件就是试样分散。合适的分散剂可以最大限度地润湿样品,破坏颗粒之间的范德华力、静电力和分子焊接力等粘结力,而吐温80是应用激光粒度仪方法测试颗粒粒度的常用分散剂。
 
2.3 遮光度选择[14]
遮光度是粉末样品分散好后,进行测试时仪器所探测到的样品分散浓度。假如颗粒较小,最好用低遮光度,5%~10%已经足够达到好的信噪比;假如颗粒不是很小,遮光度可从5%~12%;加入样品的分布很宽,遮光度15%~20%可以增加取样的代表性;遮光度太高会产生多重散射。
 
2.4 超声时长选择
为了使样品更好地分散并能悬浮于非溶剂中,需要通过超声波来破坏颗粒之间的粘连,并选择适当的分散剂使标准物质更好地悬浮于非溶剂中。我们一般选择0 min、5 min、10 min、15 min、30 min等进行测试。
 
2.5 搅拌速度选择
激光粒度仪实现连续测量的重要动力就是搅拌和循环,而搅拌速度的高低可直接影响测量的准确性。搅拌速度太低,样品分散性差;搅拌速度太高,既有可能破坏标准物质结构又可能产生气泡,从而影响测量结果。一般选择1500 r/min、2000 r/min、2500 r/min 3个不同的转速进行测试,最好不要超过2500 r/min。
 
2.6 校准标准物质的选择
为保证激光粒度仪计量校准结果的准确性和溯源性,依据JJF1211-2008《激光粒度分析仪校准规范》对仪器进行校准。所使用微粒粒度标准物质为聚苯乙烯微球。
 
3 注意事项[15]
(1)背景正常标准:当光能量的趋势呈递减趋势最大应小于80,光强度为80%左右。
 
(2)是否干净,有否颗粒粘在池壁上;是否稳定,没有分散剂的污染与热平衡问题而造成负的数据;当测量小颗粒或微弱散射材料时,干净的背景十分重要,甚至极小的涨落会造成错误的结果。
 
(3)注意颗粒在窗户上的沉积(检查背景),沉积往往表示不良的颗粒分散。
 
(4)测量与背景次数:背景至少要测10秒;在用超声前、中、后进行短时间的多次测量(2~5秒);假如有大颗粒尾巴或分布很宽,必须要增加测量时间以保证均匀的分散取样。
 
(5)选用合适的分散剂,需与样品不溶或难溶;脏的分散液会造成散射强度的不稳定,而产生高背景,气泡也是产生坏背景的原因,并有在测量时可能产生负的强度;用清洁循环或手动冲洗来去除脏的分散液。
 
(6)假如分散剂使用非水液体,在换液体时一定要保证使用第三种与前后两种液体都互溶的液体,以防止形成乳液。
 
(7)稳定的遮光度会产生重现性好的结果。
 
(8)对小颗粒,为避免多重散射,所加样品浓度往往较低,进而信噪比较低,所以好的背景测量对避免负的强度数据尤其重要。
 
(9)样品池:样品池盖密封性良好,应无渗漏现象。
 
(10)样品的超声会产生热量,对有高蒸汽压的液体可能会造成密度的变化而使光束飘移;加超声短时间(30秒)然后允许热平衡,然后再测量直至稳定。
 
(11)渡膜玻璃:清洗时正面不能用任何物品擦拭,只能用洗耳球吹去污物,反面可用柔软的擦镜纸按固定的方向轻轻地擦拭。
 
(12)样品室锁定柄:旋转灵活,在打开或关闭时能听到明显的“哒”声,表明此时已有效地打开或关闭此锁。
 
(13)进样管:正常情况下比较柔软,与样品池连结无渗漏现象。
 
(14)测量结束后,请做好使用记录,自觉清洁台面。
 
(15)进样系统在每天样品测试完毕后必须进行清洗。
 
(16)样品池窗的渡膜玻璃:当光学背景测量的光能值较高(大于200)时,必须进行清洗。
 
(17)永远保持样品池与样品池窗户的润湿与干净。
 
4 结语
生物医药化工领域的发展前景无疑较为广阔。从蛋白质和聚合物溶液、悬浮液和乳液,以及喷雾和气溶胶、工业散装粉末和高浓度浆料等,马尔文激光粒度分析仪在颗粒参数的获取和控制中保持领先优势。正确使用马尔文激光粒度仪是能得到良好的测量结果的前提,除此之外还有其他因素也会因影响测量结果,如分散剂类型、遮光度、超声分散时间及搅拌速度等,因此在实际使用过程中需要对影响粒度分布测试结果的各个因素进行有效选择和控制,才能避免测试结果有差异,并能得出准确重复性好的实验结果。

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