顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值方法研究

1、顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值方法研究張文閣,劉俊杰( 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院, 北京 100013)摘要: 為了探討顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中缺乏操作性強(qiáng)、量值溯源粘度的液體介質(zhì), 如水和油等) 中所含固體顆粒數(shù)量進(jìn)行測(cè)量的技術(shù), 在許多行業(yè)中液體介質(zhì)中固體顆 粒物是主要污染物之一, 并會(huì)有很大的破壞作用。綜可靠的顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值方法等主要技術(shù)難點(diǎn),本文中采用量值可溯源至長(zhǎng)度基準(zhǔn)的顯微圖象分析儀, 配以血球計(jì)數(shù)板為球形乳膠顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值, 在確定標(biāo)準(zhǔn)值同時(shí)對(duì)于定值的不確定度 進(jìn)行了分析和研究。研究結(jié)果表明: 采用這種方法的定值不確定度優(yōu) 于 10%( k=2) 。關(guān)鍵詞: 顆粒計(jì)數(shù); 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì); 定

2、值; 不確定度上所述,顆粒物數(shù)量是許多行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制及產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要指標(biāo)之一。目前用于測(cè)量氣體或液體中顆粒計(jì)數(shù)的儀器很 多, 比如用于測(cè)量潔凈間潔凈度的塵埃粒子計(jì)數(shù)器、 用于水中顆粒含量的庫(kù)爾特顆粒測(cè)量?jī)x和測(cè)量血液 中紅、白細(xì)胞計(jì)數(shù)濃度的血細(xì)胞分析儀等等。這些儀 器出廠時(shí)需要進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定, 使用中需要定期檢定中圖分類號(hào): TB9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1008- 5548(2006)06- 0021- 03Me thod for Ce rtifying the P a rticleCounting Ce rtifie d Re fe re nce Ma te ria ls和測(cè)試,而這

3、些工作的完成都離不開顆粒計(jì)數(shù)粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。目前, 我國(guó)在顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究方面基本處于空白狀態(tài), 主要原因和技術(shù)難點(diǎn)就在于沒 有操作性強(qiáng)、量值溯源可靠的顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定 值方法。為此我們對(duì)于顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值方法及 最終定值結(jié)果的不確定度分析進(jìn)行了以下研究。ZHANG Wen-ge, LIU Jun-jie( National Institute of Metrology, Beijing 100013, China)Abstr act : In the research of certified reference materials (CRMs) for par-ticle-cou

4、nting, the main technical problem is short of a method for certi- fying this CRMs which can satisfy the traceability request of metrology. A traceable method for certifying particle-counting CRMs was investi-gated, and a image analysis system and a blood counting board were used1顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制備in this me

5、thod.Also, the uncertainty of this certified method was ana-lyzed. The results show that the uncertainty of this method is less than10% (k=2).1.1顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)原料選擇及制備使用聚合法合成出單分散性、球形度好的標(biāo)稱 直徑為 5 m 的聚苯乙烯乳膠球形粒子。其原因?yàn)?Key wor ds: particle-counting;uncertaintycertified reference materials; certify;( 1)球形顆粒由于其球?qū)ΨQ

6、性在任何儀器中可以認(rèn)顆粒物測(cè)量技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量學(xué)中的一個(gè)重要分支, 主要包括了對(duì)顆粒物粒度、濃度、數(shù)量等參數(shù)的 測(cè)量, 其中, 顆粒計(jì)數(shù)測(cè)量是隨著潔凈度測(cè)量和污染 度監(jiān)測(cè)而發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。所謂顆粒物計(jì)數(shù) 測(cè)量是對(duì)一定體積氣體或液體中某一粒徑范圍內(nèi)的 粒子數(shù)量進(jìn)行測(cè)量的技術(shù), 其中氣體中粒子計(jì)數(shù)測(cè) 量是對(duì)一定體積氣體中的某一粒徑范圍內(nèi)的粒子數(shù) 量進(jìn)行測(cè)量的技術(shù), 是潔凈技術(shù)的重要內(nèi)容之一, 而 液體中粒子計(jì)數(shù)測(cè)量所指為對(duì)液體介質(zhì) ( 包括各種為其是一維的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì); ( 2) 標(biāo)準(zhǔn)小球球形度形狀因子可用一個(gè)粒徑標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)評(píng)價(jià)并給出不確定 度; ( 3) 可采用有機(jī)、無(wú)機(jī)材料制作, 可運(yùn)用于

7、各種液 體介質(zhì)定標(biāo), 也可用于氣相定標(biāo)( 氣溶膠也由液相噴 射而成) 。1.2 顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)取樣及分裝顆粒材料在取樣或分裝時(shí), 易產(chǎn)生“不均勻”狀 態(tài), 所以在整個(gè)過(guò)程中需采用“旋轉(zhuǎn)格槽”、“移液器 均取”等科學(xué)的縮分方法, 以保證樣品的代表性和分 裝單元的均勻性。1.3 顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性檢驗(yàn)理論上, 經(jīng)縮分取樣或分裝, 顆粒物質(zhì)其子樣具收稿日期: 2006- 09- 16。第 一 作 者 簡(jiǎn) 介 : 張 文 閣( 1966 - ) , 男 , 高 級(jí) 工 程 師 。 電 話 : E-mail: zwgat。2006年第 6 期中國(guó)粉體技術(shù) 21綜綜 述述

8、1. 計(jì)數(shù)板; 2. 計(jì)數(shù)板與蓋玻片間的距離( 0.1 mm) ;3. 蓋玻片支柱; 4. 蓋玻片有代表性, 分裝單元樣品間是均勻的。本研究使用 F或 t 檢驗(yàn)方法, 檢驗(yàn)分裝單元間和單元內(nèi)的均勻性。數(shù)和所測(cè)顆粒的累積數(shù)量( 約 1 5002 000 粒) 。提高測(cè)量的精度和可靠性, 以平行測(cè)量的各樣品計(jì)數(shù)平 均值作為顆粒計(jì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值。2.3顆粒懸浮液體積測(cè)定為 使 所 統(tǒng) 計(jì) 的 顆 粒 計(jì) 數(shù) 準(zhǔn) 確 地 轉(zhuǎn) 化 為 顆 粒 濃 度, 本研究采用醫(yī)用血球計(jì)數(shù)板( 圖 1) 測(cè)量每個(gè)載 片上所移取的標(biāo)準(zhǔn)懸浮液的體積 ( 標(biāo)稱體積為 0.1 L) 。本研究用微米尺準(zhǔn)確地測(cè)量血球計(jì)數(shù)板上網(wǎng) 格的

9、邊長(zhǎng), 從而算出網(wǎng)格面積為 1.003 mm2。由中國(guó) 計(jì)量科學(xué)研究院準(zhǔn)確 測(cè) 量 計(jì) 算 網(wǎng) 格 下 池 體 深 度 為95.5 m, 計(jì)算出所選用的 XB- K- 25 血球計(jì)數(shù)板取 樣池的體積為 0.0958 mm3。顆粒計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值2標(biāo)準(zhǔn)值是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的最主要特征,是檢定或校準(zhǔn)儀器的計(jì)量依據(jù),本研究對(duì)標(biāo)準(zhǔn)懸浮液中的顆粒計(jì)數(shù)濃度( 100 L 內(nèi)顆粒數(shù)量) 進(jìn)行定值。2.1定值方法定值必須準(zhǔn)確可靠, 我們采用量值可溯源至長(zhǎng) 度基準(zhǔn)的顯微圖象方法為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值, 在確定標(biāo) 準(zhǔn)值時(shí), 同時(shí)給出定值的不確定度。2.2顆粒計(jì)數(shù)測(cè)定顯微鏡是測(cè)量顆粒物質(zhì)的最直觀的方法, 可觀 測(cè)顆粒形狀、測(cè)量顆

10、粒尺寸和顆粒數(shù)量、配以計(jì)算機(jī) 自動(dòng)采樣和統(tǒng)計(jì), 提高了測(cè)量的速度和質(zhì)量, 當(dāng)顯微 鏡測(cè)量長(zhǎng)度的功能獲得校準(zhǔn)后, 可作為顆粒尺寸的 絕對(duì)測(cè)量方法。本研究中使用了日產(chǎn) OLYMPUS 型光學(xué)顯微鏡對(duì)顆粒樣品進(jìn)行測(cè)量,并用經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院圖 1 血球計(jì)數(shù)板及計(jì)數(shù)網(wǎng)格圖Fig.1 Blood counting boa rd a nd grids pa tte rn檢定的微米尺( 表 1) 校準(zhǔn)目鏡標(biāo)尺刻度( 一定放大倍數(shù)下) , 或校準(zhǔn)自動(dòng)采樣的“象素”長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。2.4顆粒計(jì)數(shù)濃度的計(jì)算以上述網(wǎng)格中顆粒計(jì)數(shù)除以該體積大小,本研究用顯微鏡統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)量,由于乳膠粒子即為粒徑有一定分布寬度, 為統(tǒng)計(jì)

11、顆粒數(shù)目的準(zhǔn)確一致,免去來(lái)自分散劑中的“本底”微小顆粒的干擾, 在進(jìn) 行標(biāo)稱粒徑為 5 m 的標(biāo)準(zhǔn)懸浮液中顆粒計(jì)數(shù)時(shí), 以其平均粒徑的 50 % 處的尺寸為統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)量的 上下限。實(shí)際觀察顆粒的數(shù)均分布曲線, 在此限范圍 之外的顆粒所剩無(wú)幾, 不會(huì)帶來(lái)明顯的干擾。為消除 顯微鏡測(cè)量取樣量小、代表性差的影響, 在測(cè)量時(shí)取 樣濃度濃縮 550 倍( 準(zhǔn)確記錄濃縮倍數(shù)) , 使落在顯 微鏡視野內(nèi)的顆粒數(shù)大于 100 粒。從樣品瓶不同部 位取樣, 制備 10 片以上載片, 以增加平行測(cè)量的次顆 粒 計(jì) 數(shù) 濃 度 值 。 圖 2 和 表 2 示 出 了 用 日 產(chǎn)OLYMPUS 型光學(xué)顯微鏡和 XB-

12、 K- 25 血球計(jì)數(shù)板 測(cè)量粒徑為 5 !m 的標(biāo)準(zhǔn)懸浮液的舉例。標(biāo)準(zhǔn)懸浮液 濃縮 50 倍。取樣 10 次, 制片在顯微鏡下觀測(cè)計(jì)數(shù), 共統(tǒng)計(jì) 1 437 個(gè)顆粒, 平均顆粒計(jì)數(shù) 144 粒, 按下式 計(jì)算顆粒濃度 c:表 1 微米尺檢定數(shù)據(jù)表Fig.1 Ce rtifie d va lue of micron- le ve l rule r圖 2 網(wǎng)格計(jì)數(shù)示意圖Fig.2 Gride s counting pa tte rn注: 中間大格即為顯微計(jì)數(shù)用網(wǎng)格,量, 填于表 2其中格中數(shù)字為格中的顆粒數(shù)2006年第 6 期22中國(guó)粉體技術(shù)名義值 / !m實(shí)測(cè)值 / !m名義值 / !m實(shí)測(cè)值

13、 /!m010010.0020019.9030029.9040040.0050049.9060059.9070069.7080079.7090089.7050099.850100049.9100150050.0150200050.0200250049.8粉體測(cè)試與表征綜綜述述中格 25 小格內(nèi), 總面積約為 1 mm2 的全部顆粒, 并使其總計(jì)數(shù)量大于 100 粒, 以提高測(cè)量精度。為克服 懸浮液代表性差的影響, 對(duì)于需要定值的每一樣品 均從不同部位移取懸浮液, 并平行取樣次數(shù) 10 次以 上, 使總計(jì)數(shù)累計(jì)至 1 0002 000 粒。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算所 帶來(lái)的不確定度約 4 %左右。血球計(jì)數(shù)板取

14、樣體積的標(biāo)稱值為 0.1 mm3。由于該板的原設(shè)計(jì)精度及生產(chǎn)的質(zhì)量所限, 池深不均勻、 支撐蓋玻璃的兩條支撐面不等高, 片與片之間有較 大差異, 所以對(duì)所用的每一片血球計(jì)數(shù)片都需要進(jìn)表 2標(biāo)稱粒徑 5 m 標(biāo)準(zhǔn)懸浮液粒子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)P a rticle s -counting da ta of s us pe nde d pa rticle s in liquidwith ce rtifie d va lue 5 !mTa b.2行取樣體積的標(biāo)定,以實(shí)際標(biāo)定值進(jìn)入顆粒濃度計(jì)算。本研究中對(duì)所選定的 XB- K- 25 型血球計(jì)數(shù)板進(jìn)行標(biāo)定, 標(biāo)定一片在實(shí)測(cè)中反復(fù)使用, 消除了片間 的系統(tǒng)誤差, 該片

15、網(wǎng)格中心格面積的標(biāo)定值為 1.003 mm2, 標(biāo)定的相對(duì)誤差 0.1 % ; 池體深度由中國(guó)計(jì)量 科學(xué)研究院長(zhǎng)度處通過(guò)多點(diǎn)測(cè)量( 6 點(diǎn)) 方法確定平 均池深 95.5 m, 檢出限 0.1 #m, 相對(duì)測(cè)量誤差 0.9%, 以池面積乘以池深計(jì)算取樣體積 95.8 $L。標(biāo)定的相對(duì)誤差0.1 %?？v上所述, 在上述諸因素得到良好控制, 通過(guò)檢定或標(biāo)定確定的系差得到修正后, 計(jì)算其定值不確 定度小于 10%( k=2) 。參考文獻(xiàn)( References) :1 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB10685. 羊毛纖維直徑試驗(yàn)方法投影 顯微鏡法S. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1985.GB/T106

16、85. Test method for determining wool fibres diameter by the projection microscope S. Beijing : Standard Press of China,1985. (in Chinese)2 Hall C E. Darkfield electron microscopy II, studies of oolloidal carb- onJ. J Appl Phys, 1948, 19:271.3 Zwicke J D. Particle size analysis in Bayerplant control

17、J. LightMetals, 1984, 173-193.4 楊鐵笙, 詹秀玲. 圖象處理技術(shù)用于泥砂顆粒粒度分布的研究J.中國(guó)粉體技術(shù), 1999, 5( 6) : 13-19.YANG Tie-sheng, ZHAN Xiu-ling. Investigation of particle size dis- tribution of sediment by image analyzing technique J. China Pow- der Science and Technology, 1999, 5( 6) : 13-19. (in Chinese)5 李慎安, 王光先. 測(cè)量不確

18、定度的簡(jiǎn)化評(píng)定M. 北京: 中國(guó)計(jì)量出版社, 2004.LI Shen-an, WANG Guang-xian. Simplified Assessing of Measure- ment UncertaintyM. Beijing: China Metrology Publishing House,2004. (in Chinese)14423c= 500.0958 10 =3.0010 /100 (!L)此濃度即為懸浮液顆粒濃度的標(biāo)準(zhǔn)值。3顆粒濃度定值不確定度來(lái)源分析采用顯微鏡測(cè)量懸浮液顆粒濃度,其定值不確定度源自顯微鏡的計(jì)數(shù)不確定度、血球計(jì)數(shù)板取樣體積測(cè)定的不確定度和來(lái)自懸浮液“本底計(jì)數(shù)”的影 響。由于顯微鏡的測(cè)量視野面積小,血球計(jì)數(shù)板每一網(wǎng)格單元的面積小, 再加之待測(cè)的懸浮液顆粒濃度低, 就很難采用上述方法直觀、準(zhǔn)確地進(jìn)行定值 了, 為此將顆粒懸浮液濃縮 550 倍左右, 增加在顯 微鏡視野進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的顆粒數(shù)量, 以提高測(cè)量的精度。 由于顆粒沉積在血球計(jì)數(shù)板網(wǎng)格上, 其分布不均勻 而極易形成誤差。本研究在進(jìn)行顆粒數(shù)量統(tǒng)計(jì)時(shí), 比 常規(guī)血球計(jì)數(shù)采樣網(wǎng)格數(shù)增加 5 倍, 即統(tǒng)計(jì)中心一2006年第 6 期中國(guó)粉體技術(shù) 23樣品號(hào) 123456789101577107854662