本文摘要

在使用激光粒度儀測量顆粒的粒徑及粒徑分布時，如選擇干法測試，適當?shù)姆稚鈮簩Τ晒y量非常重要，既要避免顆粒發(fā)生團聚，又要避免顆粒被高壓破碎。本文介紹了影響干法分散的主要因素，以及如何選擇合適的分散壓力。

01丨干法分散機理及分散壓力的重要性

干法分散機理：

• 氣流產(chǎn)生的剪切力引起的速度梯度

• 顆粒與顆粒之間的碰撞

• 顆粒與管壁、管路之間的碰撞

圖1 干法分散機理示意圖

如果分散能量（壓力）持續(xù)增加，則可能會導致樣品破碎！

圖2 分散壓力增加帶來的顆粒變化

所以壓力選擇非常重要，適合的壓力可以幫助我們分散樣品，過低或者過高的壓力，都會導致分散結(jié)果不理想。

02丨干法分散特點

干法分散與濕法分散相比，具有分散更快捷，無需在分散介質(zhì)上花費太大精力的優(yōu)點，對于大批量的大顆粒樣品測試是非常合適的。但干法測量也有其短板：干法分散不易控制，測試人員只能對進樣氣壓，粉末流動速度以及料斗間隙進行一些干預。所以干法分散往往是實現(xiàn)顆粒分散與防止顆粒破碎之間的一種折衷方案。

03丨實現(xiàn)成功的干法測量

成功的干法測量，首先需通過控制料斗進樣速度和料斗間隙，優(yōu)化進樣速度，確保連續(xù)穩(wěn)定的樣品流動（過高的流動速度，將降低進樣裝置的分散效率）。其次，選擇最佳的分散氣壓，既要避免發(fā)生團聚，又要避免顆粒被打碎；最后，還要防止樣品盤上遺留顆粒，導致測量取樣不充分。

如果控制物料進樣速度合適，大部分均在遮光度范圍內(nèi)，這時最重要的就是選擇合適的干法分散壓力。

分散壓力的選擇要考慮樣品大小和形狀。隨著顆粒尺寸減小，粒子間相對粘附力會增加，通常需要更高的壓力，甚至更換高能文丘里管提高分散作用力。對于針狀、棒狀或片狀的樣品，則很容易被打碎。隨著分散壓力增大，粒徑一直減小，或是干法比濕法的結(jié)果要小，這種情況都是因為選擇的分散壓力過大，導致樣品破碎，尤其在制藥行業(yè)，這種情況比較常見，這時就需要降低測量壓力或是轉(zhuǎn)用濕法測量。

04丨如何選擇合適的分散壓力

1，壓力滴定，考察壓力變化對粒徑的影響

• 改變分散條件，做一系列的重復實驗

• 從高壓做到低壓，或者低壓到高壓測試均可

• 一般從4bar-3bar-2bar-1bar-0.5bar甚至于不加壓力

以上條件可以通過SOP非常容易的進行控制：

圖3  調(diào)節(jié)分散壓力SOP界面

如下圖示意，在理想狀態(tài)下，粒徑穩(wěn)定時的分散壓力，即是我們所尋找的分散壓力。

圖4 理想狀態(tài)下粒徑隨壓力變化曲線

• 在低壓下，開始發(fā)生樣品分散

• 當壓力增大，出現(xiàn)穩(wěn)定區(qū)域

• 持續(xù)增大壓力，由于樣品被打碎，粒徑逐步減小

但對于大多數(shù)硬度不大的樣品，分散和破碎是同時發(fā)生的，所以很難有一個理想的平臺。

圖5 奶粉的壓力滴定（標準文丘里管）

2，如果是這種情況，就要通過進行干濕法對比來選擇最終適合壓力。關(guān)于這一點在ISO13320-1第6.2.3.2中有陳述：

譯文：“必須檢查顆粒是否發(fā)生粉碎，以及是否達到了良好的分散效果。這通常是通過將干法分散與濕法分散進行直接比較來完成的。理想情況下，結(jié)果應該是相同的?！?/span>

示例：

圖6 干法0.5bar壓力下粒徑比濕法結(jié)果大

圖7 干法3bar壓力下粒徑結(jié)果和濕法接近

通過圖6圖7的對比我們看到：該樣品在干法分散壓力為3bar時與濕法測試結(jié)果有很好的吻合，因此選擇3bar做為其干法測試的分散壓力。

此外，如果使用普通文丘里管設定最高壓力時，粒徑測試結(jié)果較濕法分散來說還是偏大，這時就需要選擇高能文丘里管。例如微粉化后的樣品，粒徑非常小的樣品和團聚嚴重的樣品。高能文丘里管通過增加了一個轉(zhuǎn)角和更長的管路，能夠提供更強的分散作用力。馬爾文帕納科 Aero S干法分散器的模塊化設計，能夠很方便地切換兩種文丘里管，以適應不同樣品的分散要求。

圖8 左側(cè)為高能文丘里管，右側(cè)為普通文丘里管

圖9：Aero S 通過高能文丘里管與粒度儀主機鏈接

結(jié)論

在選擇干法測量時，如果遇到一直加壓，粒徑一直減小的樣品，可以嘗試用濕法測試，選擇與濕法測試主峰位置zui接近的壓力值作為分散壓力。如果樣品無法采用濕法測試，建議選擇樣品后面拖尾消失的壓力值，或者通過顯微鏡觀察顆粒破碎情況，選擇合適的分散壓力。