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MS3000测量方法建立和日常维护_图文

建立测量方法 重复性 重现性

选择合适的测量方法-湿法测量

湿法分析
湿法分析中可对分散剂,超声功率与时间,表面 活性剂与添加剂的种类与浓度进行优选 一般是选好分散剂与表面活性剂后进行超声应用 的试验 看什么呢?

好的湿法分散 – 趋势图 Trend Graph
步骤 1:不进行超声处理的测 量结果 步骤 2: 测量过程中开启 超声
Trend Graph

步骤 3:超声处理后再开 始测量

28 23

Parameter

18 13 8 3

150

160

170

180

190

Record number d (0.1) d (0.5) d (0.9)

测量结果结果没有变化

测量结果还是没有什么 变化

测量结果与前面一致

200

好的湿法分散 – 记录图 Records view
检查测量记录,确保遮光度不随时间变化增高或变小,

遮光度没有明显变 化

提示:您也可以在趋势图上看遮光度的变化曲线

好的湿法分散 - 数据重合Data overlay
直接在数据图上观察测量数据的稳定性,这样不会因为选 择了不正确的光学参数,测量结果间差异大
Data Graph - Light Scattering

数据上没有明 180 显变化 160
Light Energy
140 120 100 80 60 40 20 0 1 3 5 7 9 12 15 18 21 24 27 30 33 Detector Number 36 39 42 45 48 51

200

您可以使用放大功能观 测特定区域的数据重合

结果不稳定与误差的来源
样品会变得不稳定或失去代表性:
? ? ? ? ? 聚集 溶解 破碎 沉降或析出 分离

任何一个过程的发生都会影响结果,我们必须要 选择适合的分散方法来避免

湿法分散
通过以下措施消除样品团聚: ? 将样品加入分散溶剂 ? 搅拌分散 ? 超声分散 样品被分散的特征? ? 颗粒粒径变小 ? 遮光度增加 ? 数据图上高号码检测器的信号增强 ? 分布图上的粗粒含量降低甚至消失

评估分散效果 – 使用超声
样品需要进行超声分散的一些特征?
不进行超声分散
7 6 5

开始使用超声
Trend Graph

粒径结果迅速降低到…

超声处理后

Parameter

4 3 2 1

220

230

240

250

260

粒径结果缓慢降低,意味 d (0.1) d (0.5) 着分散在进行中

Record number

粒径结果在此处 稳定下来 d (0.9)

历经结果没有改变, 分散稳定

270

0

评估分散效果 – 检查遮光度变化
通过记录条观察发现,使用超声后遮光度增加了
进行超声处理后,遮光度有 较大增加,因为团聚的颗粒 被超声分散,更多的小颗粒 分散在溶剂中。

评估分散效果 – 检查光强数据
进行超声滴定 – 在超声开启的状态下进行测量
内部检测器上光强信号 降低意味着大颗粒的减 少 600

Data Graph - Light Scattering

Light Energy

重复测量的结果趋势是向右变化 外部检测器上信号的增加意味着小 颗粒的增多

400 200 0 1 3 5 7 9 18 21 24 27 30 33 Detector Number 20%, 02 December 2003 16:14:04 20%, 02 December 2003 16:14:29 20%, 02 December 2003 16:14:53 20%, 02 December 2003 16:15:18 20%, 02 December 2003 16:15:42 12 15 36 39 42 45 48 51

Gypsum in IPA + us Gypsum in IPA + us Gypsum in IPA + us Gypsum in IPA + us Gypsum in IPA + us

评估分散效果 – 检查粒径结果变化
重合显示超声滴定测试中的结果图线 – 结果曲线 有什么变化?

此处仍然存在颗粒 团聚

此时大的颗粒被正常分 散了

溶解

一些特征:
? 遮光度下降 ? 小颗粒粒径变得更小甚至消失 ? 整个样品分布中粗粒粒径变小并且因为小颗粒 消失,粗粒含量增加明显

溶解 –观察趋势图
从趋势图上可以明显看出随着分散的继续,粒径逐渐增 加而遮光度逐渐减少 – 小颗粒消失了
Trend Graph

140 120

Parameter

100 80 60 40 20

Dv90 随时间增加

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Record number d (0.1) d (0.5)
Trend Graph

d (0.9)

9 8 7

Parameter

6 5 4 3 2

遮光度会随着时间延长而逐渐变小, 因为小颗粒溶解了

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Record number Obscuration

10

1

10

0

溶解 – 检查结果记录
结果记录可以很方便的显示变化情况

遮光度随时间变 化,明显降低

D(0.1) 值增大,小颗粒消 失了

溶解 – 散射光强度会降低
散射光强度会相应降低 – 该现象伴随着遮光度降 低
散射光强峰值向内 部检测器过渡 300
Light Energy

Data Graph - Light Scattering

250 200 150 100 50 0

12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 Detector Number 此处信号强度的降低 Hydrochlorothiazide, 05 June 2003 12:57:08 Hydrochlorothiazide, 05 June 2003 12:57:37 表示小颗粒消失 Hydrochlorothiazide, 05 June 2003 12:58:06 Hydrochlorothiazide, 05 June 2003 12:58:35 Hydrochlorothiazide, 05 June 2003 12:59:19

1 3 5 7 9

溶解 – 可采用的防止措施
试用其他的溶剂,确保样品不会发生溶解 选用样品颗粒溶解度最小的溶剂 – 根据测量结果 的重复性判断 轻微的溶解是可以接受的,不过整个测量过程需 要尽可能迅速的完成! 也可以使用饱和溶液作为分散剂,不过这通常只 作为最后的选择,选用饱和溶液作为分散剂应十 分慎重,实现正确分散需要考虑的因素更多

溶解 – 一些替代溶剂
下面是根据溶剂极性列出的常见分散剂:

溶剂
水Water
酒精Ethanol

极性系数
9.0
5.2

异丙醇Propan-2-ol
环己烷Cyclohexane 庚烷Heptane

3.9
0.2 0.0

团聚Agglomeration
特征: ? 分布曲线中大颗粒部分存在“尾巴” ? 遮光度轻微降低 ? 使用超声后,测量结果中的“尾巴”会消失, 遮光度相应增加
? 注意:一些情况下使用超声反而会导致颗粒团 聚!

团聚 – 粒径增加
从下图可以看出,随着时间延长,测量结果逐渐增大 – 这也意味着团聚发生了
Trend Graph

1.6 1.4 1.2

Parameter

1 0.8 0.6 0.4 0.2

粒径逐渐增大通常 意味着团聚现象发 生了

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

Record number d (0.1) d (0.5) d (0.9)

52

0

团聚 – 检查测量记录结果
观察记录结果,可以发现遮光度逐渐增加

遮光度轻微降低 蓝光遮光度变化更 加灵敏

d(0.1) 轻微增加

团聚 – 可采用的防止措施
通过添加表面活性剂或添加剂稳定分散过程 表面活性剂和添加剂稳定分散过程的基本机制:
? 降低样品颗粒的表面张力,并包裹样品颗粒 ? 改变样品颗粒的表面电荷,防止颗粒聚集(静电效应 Electrostatic stabilisation) ? 使样品颗粒表面附着长链分子,提高空间稳定性 ? 使样品颗粒表面附着带电长链分子,提高静电空间稳定性

注意:
? 添加过多的添加剂反而可能与没添加活性剂的效果一样! ? 使用分散剂时需要防止泡沫的产生

团聚 – 使用表面活性剂
表面活性剂有助于包裹样品颗粒:
? 非离子型的活性剂有助于包裹样品颗粒,防止样品 颗粒在空间上团聚
? 常见活性剂:Igepal CA-630; Tween 20 / 80; Span 20 / 80

? 离子性表面活性剂吸附在样品颗粒表面,实现静电 稳定
? 常见活性剂:
? Anionics: SDS (sodium dodecylsulfate); AOT (sodium bis-2ethylhexylsulfosuccinate) ? Cationics: CTAB (cetyltrimethylammonium bromide)

请参考ISO 14887:2000 “样品制备-在液体中分散 粉末”,寻求解决方案指导。

团聚 – 使用添加剂
添加剂可以提高样品颗粒所带电荷 ? 颗粒表面会吸附特定的离子 ? 常见的添加剂有:
Sodium Hexametaphosphate六聚偏磷酸钠; Sodium Pyrophosphate 磷酸纳 Ammonium Citrate 柠檬酸铵

记住,若您的样品具有等电点,PH值调整也非常 重要

超声导致颗粒破碎
原因: 过强的超声会导致颗粒破碎 – 测量中设定的超声
功率或超声头移动距离取决于被测样品的碎性

特征:
? 持续施加超声,测量的粒径结果会缓慢减小 ? 占粒径主体的颗粒体积百分比下降,或者粒径分布曲 线向小颗粒移动

粒径分布曲线有无独立的大颗粒尾巴? 超声后大颗粒 部分消失了? 可能的话,使用显微镜观察 – 样品颗粒是否真的存 在团聚,是否需要超声? 超声后样品颗粒是否外形发生变化? (针状结构的颗 粒尤其需要注意)

分离 – 沉积和“膏状浆料”
确保样品窗中的样品不受杂质污染,并且同质样 品颗粒都被测量 若发生团聚或搅拌泵速不够,大颗粒或高密度颗 粒可能会形成沉淀 低密度的颗粒可能会悬浮成膏状物质 特征:
? 测量结果没有粗粒部分,但遮光度并没有明显降低 (样 品颗粒发生沉淀) ? 已知样品颗粒密度较大 (易发生沉淀) ? 或者,我们测量低密度乳剂 (容易形成膏状物质)

分离 – 泵速或搅拌速度滴定
我们应该怎样确定正常分散? 进行泵速/搅拌速度滴定实验 通过泵速滴定实验,我们的目的是确保所有的样 品颗粒,包括大的高密度颗粒,被取样装置正常 循环取样流过样品池 改变泵速或搅拌速度,重复测量,应该得到一个 稳定测量结果的泵速区域

分离 – 泵速或搅拌速度滴定
在下面的这个例子中可以看到,泵速1500转以上粒径结 果比较稳定
60 Dv10 Dv50 Dv90

Particle Size / Microns

40

20

0

0

500

1000

1500 2000 Pump Rate / rpm

2500

3000

获得良好测量的基本操作原则 样品测量与背景测量时间
? 背景测量时间应该至少10秒或者两倍测量时间 ? 在施加超声前,施加超声中,以及施加超声后 进行短时间的重复测量 (测量时间2 到 5 秒) ? 若样品中存在大颗粒,或者样品颗粒粒度范围 较宽,您需要适当增加测量时间,确保所有样 品颗粒都被采样测量

获得良好测量的基本操作原则
超声处理会加热样品 – 对于容易挥发的液体样品, 将出现样品密度变化并导致光学参数不稳定
? 在这种情况下,超声时间不能太长 (30秒) ,然后等待 温度稳定后再测量,重复测量几次等待结果稳定

若您的进样装置不带内置超声,需要超声水浴处 理样品或外部超声探头超声
? 如果可能,使用预先等份的样品进行一系列滴定实验

选择合适的测量方法-干法测量

目标
本节主要介绍干法测量需要注意的基本因素 您将学会如何确定最佳测试气压和进样速度 通过本节的学习,您将明白干粉粒径测量过程中 常见的问题及其相应处理措施

干法分析
? 所有材料必须悬浮在气流中 ? 只有通过光束的材料才能被测量 ? 只有物理力可用: ? 颗粒之间的碰撞 ? 颗粒与样品池与输送管的碰撞 ? 高压空气 ? 整个过程是一个粉碎与分散的竞争过程

干法分析(粉碎)
? 在药品粉体内,特别是针状的颗粒很容易破碎 ? 例如:扑热息痛(paracetamol) ? 症状: 干法结果比湿法结果小,加压会减小颗粒的 大小 ? 解决方案: 低压测量(做压力滴定), 用湿法 ? 一定用显微镜观察

干法分散

与湿法分散相比,干法分散不易控制 您能控制的只有进样气压和粉末流动速度 干法分散往往是实现颗粒分散与防止颗粒破碎之间 的一种折衷方案 不过干法测量更快捷,适合测量大量的大颗粒样品 干法测量通常也不需要在分散介质上花费太大精力

干法分散
要实现成功的干法测量: 选择最佳的分散气压,这样颗粒既能避免发生团 聚,又避免颗粒被高压破碎 优化进样速度,保持连续稳定的样品流动 (过高的流动速度将降低进样装置的分散效率) 您还需要防止样品盘上遗留的粉末颗粒导致测量 取样不充分

干法分散 – 选择初始进样速度
理想的初始进样速度,通常使测量遮光度稳定在 0.5和6之间 测量进样速度取决于颗粒粉末本身的流动性 通常进行手动测量得到最佳进样速度:
? ? ? ? 设置长的测量时间 将样品放到进样托盘上 设置进样气压为4 bar 手动从低到高调节进样速度,直到获得一个平滑稳 定的流动,遮光度也在测量范围中

干法测量 – 选择合适的样品盘
通用样品盘
? 用于大量的样品测量 ? 进样门 – 用于控制流动性很好的样品流动 ? 通常门宽度较大,不 过对于容易流动的粉 末颗粒,门宽度相应 减小 ? 进样速度 – 确保样品 颗粒流动平稳,同时 遮光度不超过 6%

干法测量 – 选择合适的样品盘
少量和微量样品盘…
? 用于少量样品粉末的测量 ? 也适用于低密度或不易流动(易黏附)的样品 ? 因为难以对托盘上的 样品进行重复测量, 往往需要在加样前就 等分待测样品以便实 现重复测量

干法分散 – 遮光度过滤
遮光度过滤功能的目的是通过设置遮光度范围确保噪 声信号(没有样品颗粒流过样品窗时的信号) 和偶尔的 团聚大颗粒信号不被记录 - 良好的样品流动十分重要
遮光度上限

遮光度下限

干法分散 – 遮光度过滤
遮光度过滤功能的目的是通过设置遮光度范围确保噪 声信号(没有样品颗粒流过样品窗时的信号) 和偶尔的 团聚大颗粒信号不被记录 - 良好的样品流动十分重要

遮光度上限

遮光度下限

干法分散 – 选择合适的进样速度
不锈钢金属筛网和钢珠的作用是使粉末样品流速 均匀 金属筛网具有两种孔径 ? 需要根据测量样品的粒径范围选择合适的金属 筛网 可以向金属筛网中添加不锈钢珠,方便进样流动 控制

干法分散 – 压力滴定
如何确定合适的进样气压? 您需要进行压力滴定 什么是压力滴定?
? 通过改变进样气压进行的一系列重复测量 ? 以高的进样气压开始,逐渐降低气压进行测量,避 免交叉污染 ? 一般而言,气压按4, 3, 2, 1, 0.5 bar 设定 ? 您可以建立SOP轻松实现压力滴定

干法分散 – 压力滴定
在低压阶段,样品颗粒开始分散 着压力逐渐提高,我们可以看到结果趋于稳定. 随着压力的进一步增加,粒径结果显著降低,意 味着颗粒开始被高压破碎

干法分散 – 压力滴定
不过我们并不是总能从实验结果中观测到明显的粒径变化 台阶,因为颗粒粉末的分散与破碎往往是同时发生的
每个压力点重复进行5此测试
100 80
Parameter
Trend Graph

随着压力的提高,结果粒 径逐渐降低

60 40 20
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9

0

Disperser pressure d (0.1) 从4bar到0.5bar之间进行一系 d (0.5) d (0.9)

列重复实验

干法分散 – 如何确定合适的进样压力?
ISO13320-1, sec 6.2.3.2 states that…
It is necessary to check that comminution of the particles does not occur and conversely that a good dispersion has been achieved. This is usually done by direct comparison of dry dispersion with a liquid one: ideally, the results should be the same. 如果可能的话,与使用其他测量方法得到的粒径结果 进行比较(如湿法测量结果),确定最佳气压。需要 确认样品颗粒并没有被高压粉碎

干法分散 – 如何确定合适的进样压力?
12 10
Particle Size Distribution

Volume (%)

8

6 4bar压力下的干法测 4 量结果更小,意味着 颗粒被高压破碎 2 10 100 Particle Size (?m) Malvern Powder With 50% u/s then off, Thursday, September 21, 2000 5:38:21 PM "Malvern Powder" 4Bar, Thursday, September 21, 2000 2:56:05 PM
Particle Size Distribution

0 0.01

0.1

1

1000

3000

12 10

Volume (%)

在0.5bar压力下的干 6 法测量结果与湿法结 4 果十分一致 2
10 100 Particle Size (?m) Malvern Powder With 50% u/s then off, Thursday, September 21, 2000 5:38:21 PM "Malvern Powder" 0.5Bar, Thursday, September 21, 2000 3:04:18 PM 0 0.01 0.1 1 1000 3000

8

干法分散 – 样品分离Segregation
如果样品颗粒粒度分布较宽且流动性好,可能发 生样品分离导致测量不充分 样品分离的特征就是大颗粒先于小颗粒流过测量 窗口 – 若只测一次,结果会不准确 您需要在每个气压设置下反复测量多次,观察是 否有样品分离现象发生 检查样品分离的过程应该结合压力滴定实验完成

干法分散 – 样品分离Segregation
下面的趋势图是同一样品在同一进样气压和进样速度条件下, 几次重复测量的结果
因为样品盘上的粗粒已经流出 样品盘,后续的测量主要是针 1600 对样品中的细粉完成的
1400 1200

Trend Graph

Parameter

1000 800 600 400 200

24

25

26

27

Record number d (0.1) d (0.5) d (0.9)

28

0

干法分散 – 样品分离Segregation
始终都应该牢记:样品盘上不要遗留样品粉末, 确保全部样品都被测量
您可以: ? 重复进行几次短时间测量 (1-2 seconds) ,确保托盘上 剩余的样品都被取样,最后取平均值
或 ? 单次测量的时间足够长,确保样品托盘上的所有样品被 取样。

记住:测量整个样品是得到正确结果的关键

干法测量 – 获得良好测量的基本原则
背景测量时间足够长,大于10秒 设置遮光度过滤,确保测量遮光度在 0.5%到 6% 设置合适的进样速度,确保测量过程中遮光度变化 基本稳定在范围中 确保样品托盘上的所有样品被取样

确认适当的干法测量方法 – 小结
通过方法筛选,您可以:
? ? ? ? 了解样品特征及测量过程中的特点 使得样品完整性不在测量过程中被破坏 选择最适合您要求和样品特点的进样条件 如果您愿意,设置样品测试条件,便于以后方法验证和 测量的进一步完善 ? 确保样品在测量过程中保持稳定

小结
通过本节的学习,您将:
? 理解针对不同样品选择合适的干法测量方法的重要性 ? 学会如何确定最佳的进样气压和进样速度 ? 明白干粉粒径测量过程中常见的问题及其相应处理措施

日常维护

通过本节的学习,您将了解:
基本的样品窗维护操作– 保持样品窗镜片洁净, 没有刮痕 避免测量样品间和进样装置之间的交叉污染 使用QAS标准样品检验仪器性能

维护– 湿法进样装置
确保样品窗片上没有附着样品颗粒(每次测量完成 后检查光学背景) 背景较高通常意味着上次测量结束后没有认真清 洁样品窗 每次测量前都应该检查背景是否正常 如果问题一直存在,考虑增加清洗的次数并检查 样品窗片上否存在划痕

维护– 如何清洁样品窗镜片
使用样品窗拆卸工具将镜片拆下 清洁玻璃窗片,使用镜头纸单方向擦拭镜片,确 保镜片上没有残留样品渍 清除镜片上的油渍或分散剂污渍,必要的话使用 无水酒精清洁,您可以先润湿镜头纸,再擦拭 最后用一片干净的镜头纸完成清洁

维护– 检查镜片上的划痕!
窗片是很紧密的配件,划痕可能会影响测量结果 通过从侧面观察镜片的反光可以检查是否存在划 痕,注意慢慢调整镜片的角度,根据镜片表面的 反光检查镜片上的划痕深浅 若发现有明显的划痕,您需要更换样品池窗片

维护– 湿法进样单元
窗片单元部件
在湿法样品池中, 样品玻璃窗片通过 一个O形密封圈固 定在金属固定环内 样品窗片固定在样 品池中,金属框具 有一定的锥度,O 形密封圈可以受压 确保玻璃窗片紧固

质 量认 证 标 准
您 如 何确 信 您 的 设 备 与 世 界各 地 的 其 他MS2000一 样准 确呢? 您根据什么判断您 的 仪 器 工作正常 呢? 马尔文公司的QAS标准 样品能够给您一个明确 的答案。

这些标准样品瓶与瓶之间的重复性达到0.2% –0.3%. 因此这些标准物质足以胜任仪器的重复性检测 ?重现性: 针对不同批次的样品 ?重复性: 对同一份样品进行多次测量

维护– 测量文件
如果您对测量存在疑惑,在向马尔文公司寻求技术支持时, 您通常会被要求提供测量原始文件 测量文件的后缀是.mea, 缺省路径是在Mastersizer 2000 安装文件夹下面的Data文件夹 测量原始文件包含许多有用的信息! MS2000 5.3安装版的缺省目录是:
C:\Documents and Settings\All Users\Application Data\Malvern Instruments\Mastersizer 2000\measurement data

而早期版本的缺省目录是:
C:\program files\Malvern Instruments\Mastersizer 2000\measurement data\

Finally…….
We are here to help
? If you have a problem with your Mastersizer then please contact our Helpdesk on: ? +44 (0)1684 891800 ? Helpdesk@malvern.co.uk (英国) ? 400-820-6902 ? Support.china@malvern.com.cn(中国)