Mastersizer 2000基本原理_155页.pdf

Mastersizer 2000Part 1基本原理基本原理Part 1 目标通过本章学习，您应该了解:粒径基本概念 等效圆球粒径 激光衍射原理 大小粒径颗粒的激光散射差异粒径的基本概念提到粒径，我们首先想到什么?概念“颗粒”的定义“Any condensed-phase tridimensional discontinuity in a dispersed system may generally be considered a particle”（在一个分散系统中独立的三维个体通常被认为是一个颗粒）(NIST,US Department of Commerce,Special Publication 960-3).常见分散系统如:气、液介质中的“小滴”气、液分散相中的固体颗粒 液体中的气泡概念人们对颗粒的理解通常基于对应的图像信息而颗粒的粒径指的是?已知一个规则长方物体，您会如何表示这个物体？概念您可以这样表示:“360 x140 x120mm”不过这种表述需要3个数值，对于复杂三维物体，我们如何使用一个数值来表示这个物体？概念概念 等效圆球左侧的圆柱体与右侧的球体具有相同的体积。概念 等效圆球现有粒径分析技术通过测量颗粒的一些参数来表示颗粒特征，等效圆球是一种表述方式。激光衍射 基本原理如何根据激光衍射测量粒径?激光衍射 光散射激光衍射 光散射大颗粒的散射角小小颗粒的散射角大激光衍射 光散射激光衍射法粒径测试基本原理示意图激光衍射法粒径测试基本原理示意图The Mastersizer 2000 测量光路图对于微米量级的小颗粒测量，MS2000使用波长为466纳米的蓝光提高检测信号强度。The Mastersizer 2000 测量光路图The Mastersizer 2000测量Mastersizer软件的测量窗口实时显示不同角度的散射光强。横坐标对应光强检测器编号，检测器编号越大意味着检测器检测的光散射角度越大Low AngleHigh AngleThe Mastersizer 2000测量Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 Detector Number0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Light EnergyGlass Beads,19 Oct 1999 11:12:39典型的大颗粒的数据图 散射光集中在小角度The Mastersizer 2000测量典型的小颗粒的数据图 散射光集中在大角度Part 1 小结现在您应该明白 粒径的基本概念 等效圆球概念 激光衍射法测量的基本原理 大小颗粒衍射的差异Mastersizer 2000Part 2理解粒径分布Part 2通过本章学习，您应该理解:如何根据散射光强得到颗粒粒径分布 体积分布的意义 D4,3 和 D3,2，以及其他导出粒径的含义 这些导出粒径能够告诉我们有关粒径分布的哪些信息激光衍射法 得到粒径分布结果激光衍射法实际是测量被颗粒散射的不同角度光的光强但是.根据散射理论，我们能够预先推算出已知粒径分布颗粒的散射光角度分布如何根据散射理论得到颗粒的粒径分布?通过数学反演，我们利用散射光强得到粒径分布理解数据反演处理过程6 x 7结果如何?很容易得到 42!42如何得到的?21 x 2 40+2 126 3 1764 还有很多可能如果乘数是2的倍数，如何得到42?这时只有4种可能(42 x 1),(21 x 2),(6 x 7),(3 x 14)粒径分布的计算过程激光衍射法 得到粒径分布结果红色曲线表示根据粒径分布得到的散射光强分布理论值，绿色曲线表示仪器实际测量得到的光强分布。理论值与实际测量值的差异被计算处理，以残差表示。这里有少许误差这里有少许误差.还有这里还有这里粒径分布表示Mastersizer 2000 测试系统被设计成体积相关，即不同粒径、相同体积的颗粒所衍射的光强是相等的。因此测量所得的粒径分布是体积分布，这与系统的灵敏度是一致的。应该怎样理解体积分布?粒径分布表示体积分布，顾名思义，即基于颗粒所占的体积；一百万颗1微米颗粒所占体积与一颗100微米颗粒体积相当；因此当你必须正确理解颗粒体积分布与数量分布，在转换不同分布结果往往会出现问题。颗粒粒径分布的不同表示假设样品中存在等量的三种粒径的颗粒，单位分别为1，2，3如果使用光学显微镜测量-这种技术测量结果是基于数量分布的-然后观测分布结果。颗粒粒径分布的不同表示-数量分布Number Distribution05101520253035123DiameterFrequency(number%)颗粒粒径分布的不同表示-体积分布Volume Distribution01020304050607080123DiameterFrequency(volume%)颗粒粒径分布的不同表示-体积分布实际应用中通常使用对数坐标表示颗粒粒径体积分布粒径分布统计学粒径分布通常用统计学参数表征，例如均值，中值和模数（Mode）人们对算术平均值比较熟悉：激光衍射法不采用算术平均值作为均值表征 因为被测量的是颗粒体积而不是颗粒的数量相应地，激光衍射法采用体积加权平均值作为均值表征粒径分布统计学均值是一个被“平均化”的粒径没有一个惟一的均值，我们可以根据不同的因素平均化样品整体颗粒粒径:体积 表面积 数量 或者其他一些物理参数不同的颗粒均值对颗粒粒径分布的不同特征敏感常见的两种加权颗粒均值如下:D3,2 或 Sauter 均值粒径 这是表面积加权平均值D4,3 粒径 这是体积加权平均值粒径分布统计学D4,3 对样品中大颗粒的存在敏感Particle Size Distribution 0.01 0.1 1 10 100 1000 3000 Particle Size(祄)0 1 2 3 4 5 6 7 Volume(%)Averaged Wet,09 January 2004 15:54:001%seed,13 January 2004 11:24:03D4,3 15.707 mD4,3 20.424 m粒径分布统计学D3,2 对样品中小颗粒的存在敏感Particle Size Distribution 0.01 0.1 1 10 100 1000 3000 Particle Size(祄)0 2 4 6 8 10 Volume(%)sample 1,01 February 2005 09:41:53sample 2,01 February 2005 13:14:04D3,2 27.457 mD3,2 35.571 m粒径分布统计学中值是粒径体积分布曲线的中点而模数是粒径分级中一个常见的参数粒径分布统计学对于颗粒粒径分布不规则的样品来说，上述三个统计值是不同的粒径分布统计学中值意味着样品颗粒中有一半颗粒的粒径低于该值，而另一半颗粒粒径均大于该值中值通常还以下属三种形式出现:体积百分比50 Dv50 Dv,0.5V表示粒径中值是基于体积分布导出的其他体积百分比数值如Dv10，Dv90 定义也是基于同样意义粒径分布统计学10%10%20%20%30%30%40%40%60%60%50%50%70%70%80%80%90%90%Dv10Dv90百分比Dv50粒径分布统计学其他粒径分布参数分布跨度span 是对样品粒径分布宽度的一种度量Span=(Dv90-Dv10)/Dv50对于对称分布而言，SPAN=1一致性uniformity 是另一个描述粒径分布对称性的参数 对以分布较窄的样品来说，其一致性值也较小Part 2 小结通过本章学习，您应该理解:如何根据散射光强测量值得到粒径分布 体积分布的真正意义 D4,3，D3,2等导出参数的意义 这些导出的分布参数能够提供给我们关于颗粒粒径分布哪些信息Mastersizer 2000Part 3数据质量Part 3通过本章学习，您应该理解:理解数据报告以及其与散射光强的关系 理解粒径测量过程中背景测量的重要性 识别常见的导致差背景的影响因素 知道如何在干法或湿法测量中取得较好的信噪比数据质量 介绍数据是什么?数据就是由被测量样品生成的散射光强 数据并不是粒径结果 数据与样品光学模型无关 稳定结果取决于稳定的数据Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 Detector Number0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Light EnergyGlass Beads,19 Oct 1999 11:12:39数据质量 介绍高质量的数据需要具备有哪些要素?首先需要一个良好的测量背景，要求 样品窗洁净，分散介质无杂质 系统完成对光 背景稳定，不随时间样品数据充分 有足够的信噪比 防止出现负的数据值 避免多重散射作用的影响 避免测量光束偏转(avoiding beam steering)事实上这些原则适用于所有基于激光衍射法的仪器数据的构成背景数据背景数据样品数据样品数据背景数据与系统洁净度一个好的测量需要洁净，稳定的背景在数据图上直观的显示就是散射光强随着检测器序号的增加递减Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 Detector Number0 10 20 30 40 50 60 70 Light EnergyBackground data在在 20号检测器散射光强度低于号检测器散射光强度低于20干净的背景 湿法测量系统一个好的湿法测量背景应该与下图一致.注意：第一个检测器的光强不超过100；背景随时间的波动很小干净的背景 干法测量系统因为样品窗中气流的因素，干法测量的背景稳定度不如湿法。同样可以发现随着检测器序号的增加，散射光强逐渐递减；第一个检测器的散射光强也不到100差的背景 有杂质附着在样品窗上背景显示中的小峰通常意味着有物质附着在样品窗上样品窗被污染了样品窗被污染了?差的背景 分散介质被污染分散介质中存在的杂质导致背景波动大，不稳定；分散介质中的气泡也会产生类似的效果。差的背景 系统对光不准突出的柱状条意味着系统对光不准；可能的原因有：样品窗上有污染物，清洗干净后再重新对光可以消除该现象；样品窗口固定过紧；分散介质的温度正在发生变化。柱状条参差不齐柱状条参差不齐差的背景 有机分散介质中存在温度梯度被测样品大约 30C，但溶剂的温度很低溶液中的温度梯度导致激光散射光束、激光对准发生大的波动，系统背景差溶液中的温度梯度溶液中的温度梯度如何判断存在温度梯度?经过几分钟的温度平衡，分散剂温度保持一致，背景也会逐渐稳定；若背景还不稳定，请把分散剂容器盖上盖子以减轻溶剂蒸发。-最前面编号的检测器散射光强的急剧波动避免差的背景 最后的检查.提示添加样品时，测量窗口的散射光强应该是随机变化的；该窗口中的“突起”意味着分散剂中含有杂志，分散剂被“污染”系统洁净时的检测窗口系统洁净时的检测窗口避免差的背景 最后的检查.分散剂被污染后分散剂被污染后，系统的检测窗系统的检测窗口图示口图示提示添加样品时，测量窗口的散射光强应该是随机变化的；该窗口中的“突起”意味着分散剂中含有杂志，分散剂被“污染”样品数据 添加适量的样品 介绍本节术语：遮光度遮光度Obscuration：被样品散射的激光光强，也可作为样品浓度的指示信噪比信噪比Signal-to-noise ratio：信号强度与背景的比值多重衍射多重衍射Multiple scattering：当加入过多样品，被某样品颗粒散射的光束又入射到其他样品颗粒上产生新的散射添加样品应该添加多少样品?加入样品量太少：信噪比太低，或者：加入的样品不足，难以代表真实物质颗粒分布 尤其当样品颗粒粒径分布较广时 加入样品量太多：导致多重散射，影响最终结果粒径分布 尤其当样品颗粒很小时（通常小于10微米）多少样品量（遮光度）才算“合适”？添加样品需要添加多少样品?当前已添加的样品颗粒有多少?2 微米乳液颗粒微米乳液颗粒 在相对较低遮光度情况下就容易出现多重散射现象 一滴乳液中含有非常多的样品颗粒玻璃珠玻璃珠(dv50 约为 60微米)每毫升溶液中的样品颗粒少，样品粒径分布宽 不容易出现多重散射而且而且需要更多的样品以表征真实样品特征添加样品 关于合适遮光度的指导湿法测量 如果样品颗粒较精细，较低的遮光度更合适，大约5-10%的遮光度就可以有很好的信噪比 若样品颗粒较粗，遮光度可以适当提高到5%12%若样品颗粒粒径分布较广，15-20%可能是合适的，因为需要实现正确取样 过高的遮光度将导致多重散射干法测量 精细粉末 0.5%3%粗粉0.5%6%通过在软件中设置遮光度过滤，保证样品测量遮光度在目标范围中 过高的遮光度降低了分散效率并导致错误的颗粒粒径分布信噪比 大颗粒测量(42.58 微米的玻璃珠在遮光度只有5%的情况下的测试结果)需要指出的是：在测量大颗粒时，洗澡比通常很高，因为散射光强很高。相应地，信噪比对于大颗粒测量来说很容易达到要求。signal to noise ratio is less of an issue for large particles.高样品信噪比Maximum signal 280units高样品信噪比高样品信噪比信噪比 小颗粒测量(0.91微米碳化硅颗粒在遮光度为5%的情况下测量结果)最大信噪比 5单位信噪比是样品散射光强与背景信号强度之比。因为小颗粒散射光强较低，因此必须确保背景信号不“淹没”样品散射信号。不过，上图中的信号还是质量不错的。因为样品信号数据与背景数据只在较小的部分发生重叠，信号具有足够的强度。多重散射检测器高编号的检测器低编号检测器样品窗增加遮光度（样品浓度）将增加发生多重散射的风险。多重散射导致在更高编号检测器上检测到散射光强，而更高编号的检测器意味着更小的颗粒。高编号检测器检测到的信号意味着较小的颗粒湿法分析 多重散射.导致样品颗粒细粉的存在被夸大了若对结果存在疑问，可以在不同遮光度条件下进行测量，检验是否随着遮光度的提升样品颗粒粒径分布发生变化。Particle Size Distribution 0.03 0.3 3 Particle Size(祄)0.073858 2.0739 4.0739 6.0739 8.0739 10.074 Volume(%)SiC 5%obsc,21 July 2003 11:31:16SiC 10%obsc,21 July 2003 11:35:37SiC 20%obsc,21 July 2003 11:44:28SiC 40%obsc,21 July 2003 12:02:22光束偏转Beam SteeringParticle Size Distribution 0.01 0.1 1 10 100 1000 3000 Particle Size(祄)0 1 2 3 4 5 6 Volume(%)Calcite in IPA post 1min us 100%,09 February 2005 15:25:21真的存在这真的存在这些大颗粒些大颗粒?下图中右边的峰值表明样品中存在较大的颗粒。但这可能是由于光束偏转导致的“假象”，可能的原因有：由于对溶剂进行超声处理导致的温度不稳定 部分样品发生溶解-导致溶剂遮光度发生改变或者样品中真的存在这些大颗粒?负的数据 介绍当测量小的，散射强度的颗粒是，一个洁净的测量背景对于测量结果十分重要。如下图所示，小的背景波动也可能.导致系统因为要从测量信号中去除背景信号，最后得到负的信号数据。避免负的数据对于小颗粒测量而言，稳定的背景尤为重要，因为要避免出现多重散射的情况，遮光度较低，波动的背景会导致负的信号数据。因为信号数据是在添加样品后的测量数据减去背景数据得到的，大的背景波动可能导致信号数据为负在数据表上可以很容易地观察到负的数据负的数据负的数据干法测量数据质量对于干法测量来说，1到8号检测器的噪声可能导致较大的测量问题，尤其是在测量精细粉末的场合Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 13 16 18 21 24 26 29 31 34 37 39 Detector Number0 2 4 6 8 10 12 14 16 Light EnergyMolybdenum powder,01 March 2004 14:42:45带有噪声的背景数据带有噪声的背景数据因为气流温度的波动，导致测量背景不稳定，存在噪声 背景前面的锯齿反映了气流的温度波动 提高背景测量时间有助于减轻背景的波动，消除噪声干法测量-细粉模式当所侧样品颗粒多数均不大于10微米，采用细粉模式通过滤除前8个检测器的数据消除测量噪声。Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 13 16 18 21 24 26 29 31 34 37 39 Detector Number0 2 4 6 8 10 12 14 16 Light EnergyFit dataMolybdenum powder,01 March 2004 14:42:45Particle Size Distribution 0.1 1 10 100 1000 3000 Particle Size(祄)0 1 2 3 4 5 6 Volume(%)Molybdenum powder,01 March 2004 14:42:45通用分析模式通用分析模式噪声被理解成大颗粒噪声被理解成大颗粒需要指出的是：选用细粉模式，前提是样品中没有大于600微米的颗粒Data Graph-Light Scattering9 11 13 16 18 21 24 26 29 31 34 37 39 Detector Number0 2 4 6 8 10 12 14 16 Light EnergyFit dataMolybdenum powder(Fine powder mode),01 March 2004 14:42:45Particle Size Distribution 0.1 1 10 100 600 Particle Size(祄)0 1 2 3 4 5 6 7 Volume(%)Molybdenum powder(Fine powder mode),01 March 2004 14:42:45通用分析模式通用分析模式（细粉细粉）提高了数据拟合度提高了数据拟合度如何提高干法测量的数据质量?检查：样品窗玻片是否洁净?气压是否正常?需要更换空气过滤器吗 压缩空气中是否存在油滴或小水滴等杂志?进样器是否正常接地防止静电产生?吸尘器的垃圾袋是否已满?样品流动是否平稳?如果遮光度较高，减低进样振动强度 增加，移除或减少滤网中的钢珠 换用不同的进样托盘，通常一个托盘设计足以满足不同样品的平稳进样要求当所侧样品存在小于10um的颗粒，采用细粉分析模式小结 数据质量背景数据 确保：样品池玻窗上没有物质黏附 分散剂洁净无污染 分散剂不存在温度梯度 系统正确对光样品数据 检查：合理的信噪比 不存在多重散射 没有负的数据 没有噪声数据 检测器信号数据平滑无残缺 测量过程中光束无偏转beam steeringPart 3 小结通过本章学习，你需要理解：数据视图以及其与光散射的关系 背景测量的重要性 在干湿法测量过程中如何保证合适的信噪比 判断并识别导致背景测试数据差的可能原因光学参数Part 4Mastersizer 2000Part 4通过本章学习，您需要理解以下相关知识：采用米氏理论的重要性（Mie Theory）折射率等光学参数对于最终粒度数据转换的重要性 如何查找正确的光学参数 对于您的样品来说，什么才是准确的光学参数 如何根据拟合与残差数据判断样品光学参数是否正确散射光基础夫琅合费理论 Vs 米氏理论（Fraunhofer v Mie）激光衍射法测量粒径，需要合适的理论模型来解释颗粒大小与散射光强的关系目前有两个理论模型用以解释颗粒大小与散射光强的关系米氏理论被证实在大粒度分布范围上精确度更高，尤其是对于粒径小于50微米的颗粒分析来说早期的颗粒粒径分析仪器采用夫琅合费模型，主要是受到当时计算机数据处理能力的限制而不得不作近似处理从1986年开始，更精确的颗粒散射模型被引入到粒度分析中，米氏理论可以正确的预计不同角度下，不同波长光线对已知大小颗粒的散射光强散射光基础夫琅合费理论 Vs 米氏理论（Fraunhofer v Mie）夫琅合费理论 Vs 米氏理论（Fraunhofer v Mie）与夫琅合费理论不同，米氏理论：T考虑到入射光线与物质的相互作用假定当前颗粒是球形的 适合不同波长，散射角度和不同大小的颗粒更精确地预计颗粒散射光强（正确预计次级散射光强）“对于小于50微米的颗粒，米氏理论光强模型更精确”-ISO 13320-1米氏理论 物质散射光强模型入射光散射光散射光物质吸收光线物质吸收光线散射光强模型 米氏理论米氏理论考虑光线通过物质颗粒的相互作用散射角散射光强颗粒粒径散射角散射光强模型 夫琅合费理论仅仅考虑典型的圆盘衍射散射角散射光强颗粒粒径散射角所谓的优点所谓的优点不需要知道被测颗粒物质的折射率和吸收率存在的不足存在的不足在下列情况下将出现不准确的测试结果颗粒粒径 50m在大的散射角度，存在次级散射光强折射率较低(分散剂折射率）。方法2 配置不同浓度的样品溶液(1%浓度)并测量其折射率。可以外推得到100%样品浓度的折射率。详见应用文献“Rapid refractive index determination of pharmaceutical actives”光学参数 如何知道样品的折射率RI使用光学显微镜适用折射率匹配油，进行Becke线测试 Cargille公司提供从1.30到2.11间91中标准折射率油。对于多数有机物质来说，选择折射率常为1.40,1.45,1.50,1.55，1.60的标准油足够了。通过Becke线确定颗粒的折射率范围。例如在1.40和1.45之间。因此1.43 比较真实的反映了物质的折射率。光学参数 如何知道样品的折射率RIBecke线为什么会出现Becke线?物质颗粒在边缘处相对比中心薄，结果产生小透镜效应Materials tend to be thinner at the edges than at the centre and thus act as miniature lenses.光线通过颗粒内部时因为垂直方向上存在结晶边界导致发生折射Light is refracted within the particle due to the presence of vertical grain boundaries.上述现象导致光线在颗粒边界处收缩形成窄的边缘This concentrates the light into a thin band within the particle.光学参数 如何知道样品的折射率RIBecke线Becke线的特征?在颗粒物质边缘存在一个具有一定宽度的光带或模糊的光线A band or rim of light visible across a particle boundary in plane-polarized light.光学参数 如何知道样品的折射率RIBecke线测试使用光学显微镜，降低镜头位置，增加样品颗粒与透镜间的距离。Becke线会朝着折射率高的位置移动根据这种效应把样品物质的折射率界定在两个折射率之间。样品颗粒的折射率大于标准油(标准油=1.45)样品颗粒的折射率小于标准油(标准油=1.65)选择合适的光学参数得到更准确的结果您可以参考近似物质的折射率，估算样品物质的折射率一些近似物质的折射率范围：塑料和人造橡胶=1.38-1.57 有机物质=1.4-1.7 无机盐=1.52-1.8 金属氧化物=1.6-2.5利用估算的光学参数计算粒径，然后检查拟合的情况，判断估计的近似值是否合适选择合适的光学参数评估拟合效果一旦您确定了样品物质和分散介质的光学参数，需要判断结果数据的拟合程度，即实际测量结果与理论计算是否一致。数据拟合一般应被用作判断光学参数是否合适的依据 但最好的数据拟合并不总是意味着正确的测量结果测量结果往往与具体生产制造过程密切相关?研磨粉料-通常存在细粉“尾巴”乳液颗粒 通常服从正态对数分布 分级处理过的材料 其分布通常不是连续的选择合适的光学参数数据拟合从下图我们可以看见测量的光强曲线与根据结果推导的理论光强曲线基本重合实际光强曲线与理论光强曲线的一致性被称为“数据拟合”数据拟合的效果体现在“残差Residual”值上Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 50 100 150 200 Light EnergyFit data(weighted)10 August 2001 16:52:43选择合适的光学参数残差残差是理论光强数据与实际测量所得光强数据的最小二乘拟合差值(基于光学参数)通常小的残差值意味着测量结果正确可靠选择合适的光学参数检查拟合效果在小号码检测器处出现较差的拟合，通常意味着折射率参数选择的不够准确.D ata G rap h -L ig h t Scatterin g11 14 17 20 22 25 28 31 33 36 39 41 44 47 Detector NumberCompound A,29 March 2005 15:16:52差的拟合效果意味着差的拟合效果意味着选择的折射率参数不选择的折射率参数不够准确够准确选择合适的光学参数检查拟合效果在大号码检测器处出现的较高残差意味着吸收率参数选择不够准确Data Graph-Light Scattering17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector NumberTC 1 during 100%u/s,11 January 2005 13:36:27差的拟合效果意味着选差的拟合效果意味着选择的样品颗粒吸收率参择的样品颗粒吸收率参数不够准确数不够准确选择合适的光学参数残差与加权残差Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 5 10 15 20 25 30 Light EnergyFit datat,01 June 2004 15:09:15D ata G rap h -L ig h t Scatterin g1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 5 10 15 20 25 30 35 Light EnergyFit data(weighted)t,01 June 2004 15:09:15举例举例 残差残差 unweighted举例举例 加权残差加权残差 weighted选择合适的光学参数残差数据-很好的判断依据对于正态粒度分布而言,典型的残差值不应大于1%对于一个好的拟合而言，加权残差与残差应该在一个数量级上，值比较接近通常而言残差越低越好，但是您首先必须确保粒度的分布是正确的残差与加权残差与加权残差相差大残差相差大残差与加权残差与加权残差一致残差一致Particle Size Distribution 0.01 0.1 1 10 100 1000 3000 Particle Size(祄)0 10 20 30 40 50 60 70 Volume(%)300nm microspheres,20 January 2005 14:00:36选择合适的光学参数单峰分布模式残差通常不会小于1%在单峰分析模式下，残差值通常较大但是样品的粒度分布是正确但是样品的粒度分布是正确可靠的可靠的结果残差大于结果残差大于 1.0%评估拟合效果 例子1 用户得到一个“意外的”小峰在小颗粒范围分析模型应用的光学参数是:样品折射率RI:1.4,样品吸收率Absorption:0.01评估拟合效果 例子1(样品光学参数：1.49/0.01)Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 20 40 60 80 100 120 140 Light EnergyFit dataSample 16 June 2002 10:46:47Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 20 40 60 80 100 120 140 Light EnergyFit data(weighted)Sample,16 June 2002 10:46:47一般拟合加权拟合PoorOptical properties不正确的光学参数不正确的光学参数评估拟合效果 例子1(样品光学参数：1.59/0.01)一般拟合加权拟合Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 20 40 60 80 100 120 140 160 Light EnergyFit data(weighted)Drilling mud,16 June 2002 10:46:47Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 20 40 60 80 100 120 140 Light EnergyFit dataSample,16 June 2002 10:46:47评估拟合效果 例子1Particle Size Distribution 0.01 0.1 1 10 100 1000 3000 Particle Size(祄)0 1 2 3 4 5 6 7 8 Volume(%)Drilling mud,16 June 2002 10:46:47评估拟合效果 例子 2对同一光强数据，采用不同的分析模型:米氏理论使用光学参数 1.65/0.01 进行分析，而夫琅合费不考虑光学参数Particle Size Distribution 0.01 0.1 1 10 100 1000 3000 Particle Size(祄)0 1 2 3 4 5 6 7 Volume(%)R7 1.65/0.01,23 April 2003 15:14:42R7 1.65/0.01,23 April 2003 15:14:42Frunhf.不正确的光学参数导致最终不正确的光学参数导致最终结果结果“生成生成”不存在的不存在的“细粉细粉”颗粒颗粒评估拟合效果 例子 2 夫琅合费数据拟合Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Light EnergyFit data(weighted)R7 1.65/0.01,23 April 2003 15:14:42Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 5 10 15 20 25 30 35 40 Light EnergyFit dataR7 1.65/0.01,23 April 2003 15:14:42加权残差加权残差 0.285 拟合很好拟合很好残差残差 4.581 拟合差拟合差Frunhf.Frunhf.一般残差拟合差一般残差拟合差评估拟合效果 例子 2 米氏理论下的残差拟合，光学参数1.65/0.01Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 5 10 15 20 25 30 35 40 Light EnergyFit dataR7 1.65/0.01,23 April 2003 15:14:42Data Graph-Light Scattering1 3 5 7 9 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 Detector Number0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Light EnergyFit data(weighted)R7 1.65/0.01,23 April 2003 15:14:42加权残差加权残差 0.765 拟合很好拟合很好一般残差一般残差 0.572 拟合很好拟合很好光学参数 小结米氏理论比夫琅合费分析模型更准确的地方在于其考虑了物质的光学参数对测试光强的影响 对于存在小于50m的样品来说，这一点尤为重要当使用米氏理论时，选择合适的光学参数很重要-请确保光学参数的准确性一般通过观察残差数据可以帮助您选择光学参数 不过不要拘泥于此，最好还通过其他方法验证观察测试结果 与您预计的一致吗?另外不要在数据质量差的情况下判断光学参数是否正确Mastersizer 2000Part 5 分析模式Part 5通过本节的学习，您将：了解每个分析模式的功用了解每个分析模式应用的具体条件选择合适的分析模式选择合适的分析模式，有利于应用软件更好地“理解”散射光强数据选择分析模式之前，您需要了解待测样品颗粒的一些特点MS2000提供的数据分析模式通用模式General purpose model通用模式适用于颗粒粒度分布较宽的样品通用模式适用大多数样品的分析，包括磨料粉末，乳液颗粒等对于特征未知的样品颗粒，通用模式应该是首选的分析模式单峰模式Single narrow mode model该分析模式适用于颗粒粒度不超过10倍的样品 例如 0.1-1m,1-10m,10-100m,100-1000m.这类样品包括乳胶颗粒标准，或者被分级处理过样品（专门处理使样品颗粒的粒度分布很窄）单峰模式的应用举例Particle Size Distribution 1 10 100 1000 Particle Size(m)0 5 10 15 20 Volume(%)Drift 17,Drift 17可以看到，单峰模式正确地描述了氧化铝样品颗粒在小粒径位置的分布情况通用模式通用模式（绿绿）单峰模式提供了更单峰模式提供了更准确的小粒径分布准确的小粒径分布情况情况（红红）多峰模式Multiple narrow modes model该分析模式适用于已知样品分布是由多个粒度分布很窄的颗粒混合样品该分析模式与通用模式相比，灵敏度很高，但是其鲁棒性也相应降低，在应用时需要注意多峰分析模式应用举例 该PVC样品颗粒存在一定量的小粒径颗粒，而通用模式并没有实现正确分析 因为两种粒径颗粒都分布很窄（粒径跨度10），多峰模式更适合样品结果分析多峰分析模式检测到少量的多峰分析模式检测到少量的小粒径颗粒存在小粒径颗粒存在（红红）通用模式分析结果通用模式分析结果（绿绿）颗粒外形 球形还是不规则?不规