用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质及其制备方法与流程

本发明属于标准物质制备技术领域，涉及用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质及其制备方法，并涉及一种用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质的制备方法。

背景技术：

粉体材料是近年来发展起来的一种新型材料，其在催化、光吸收、医疗、杀菌等方面具有常规粉体材料所无法比拟的优良特性，因此逐渐受到全世界各国的重视，目前，许多国家政府都在投入大量的人力、物力和财力进行粉体材料的研究和产业化生产。然而人们所关心的粉体材料的物理化学特性的特点就是强烈地依赖颗粒的尺寸，即粉体材料表现出明显的尺寸效应。这就使得如何精确的测量粉体材料的尺寸成为制备、研究、应用粉体材料的一个非常突出的问题。

粒度仪已经成为微米纳米分体粒径及分布表征的重要手段。粒度仪的准确与否需要微粒粒度标准物质的校正和检定。微粒粒度标准物质被认为是粒度测量中量值溯源的有效载体及保证粒度测量量值准确、可靠、一致的公认有效手段。目前，国外许多计量机构非常重视并纷纷开展了粒度计量标准和量值溯源体系的相关研究工作。为了完善粒度测量的溯源及传递体系，保障我国在粒度测量的国际等效一致，本发明公开了一种可溯源至我国计量标准的宽分布粒度标准物质，作为现有粒度标准物质的补充。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质及其制备方法。

本发明的目的还在于提供一种用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质的制备方法。

为到达上述发明目的，一方面，用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质，其中，宽分布颗粒标准物质由粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品组成，宽分布颗粒标准物质的粒径分布D90:D10为3.8-4.2。

其中，宽分布颗粒标准物质的粒径范围可以为5-100μm。

另外，宽分布颗粒标准物质可以由6-18种粒径、变异系数为10％-20％的交联聚苯乙烯子样品混合制成。

另外，上述宽分布颗粒标准物质通过如下步骤制作：准备步骤：将苯乙烯单体、聚乙烯醇、引发剂和交联剂放入十二烷基硫酸钠水溶液中，得到混合溶液；反应步骤：通入氮气搅拌，同时将混合溶液加热至预定温度，反应预定时间，取出洗涤，得到交联聚苯乙烯颗粒；分离步骤：将交联聚苯乙烯颗粒放入十二烷基硫酸钠水溶液中搅拌超声分散预定时间1，沉降预定时间2，抽取上层悬浮液预定体积，得到交联聚苯乙烯子样品；和混合步骤：将粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品混合，制成宽分布颗粒标准物质。

另外，准备步骤中的引发剂可以为过氧化苯甲酰，交联剂可以为二乙烯基苯。

另外，准备步骤中的十二烷基硫酸钠水溶液浓度可以为0.25％-0.4％。

另外，准备步骤中的苯乙烯单体与十二烷基硫酸钠水溶液的体积比可以为1:7-20，聚乙烯醇与十二烷基硫酸钠水溶液的体积比可以为1:4-10，过氧化苯甲酰与苯乙烯单体的质量比可以为1-5:100，二乙烯基苯与苯乙烯单体的质量比可以为1-10:100。

另外，反应步骤中的搅拌速率可以为300-700r/min，预定温度可以为80-95℃，预定时间可以为5-8小时。

另外，反应步骤中的预定时间1可以为30min，预定时间2可以为1-3小时，预定体积可以为100mL。

另一方面，本发明提供一种用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质的制备方法，包括以下步骤：准备步骤：将苯乙烯单体、聚乙烯醇、引发剂和交联剂放入十二烷基硫酸钠水溶液中，得到混合溶液；反应步骤：通入氮气搅拌，同时将混合溶液加热至预定温度，反应预定时间，取出洗涤，得到交联聚苯乙烯颗粒；分离步骤：将交联聚苯乙烯颗粒放入十二烷基硫酸钠水溶液中搅拌超声分散预定时间1，沉降预定时间2，抽取上层悬浮液预定体积，得到交联聚苯乙烯子样品；和混合步骤：将粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品混合，制成宽分布颗粒标准物质。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质，由粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品组成，能够满足粒度测定仪检测校准的需求。

附图说明

图1为宽分布颗粒标准物质的制备步骤流程图。

图2为实施例1中的5-40μm宽分布颗粒标准物质的扫描电子显微镜照片。

图3为实施例4中20-100μm宽分布颗粒标准物质的粒径分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例进一步详细描述本发明，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用于限制本发明。

根据本发明的实施方式，本发明提供了用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质，其中，宽分布颗粒标准物质由粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品组成，宽分布颗粒标准物质的粒径分布D90:D10为3.8-4.2。

在累计粒度分布图中，纵坐标为累计粒度分布数0％-100％，横坐标为颗粒直径。D10就是纵坐标累计粒度分布数为10％时横坐标所对应的直径值，同理，D90就是纵坐标累计粒度分布数为90％时横坐标所对应的直径值。

根据本发明的实施方式，宽分布颗粒标准物质的粒径范围可以为5-100μm。

根据本发明的实施方式，宽分布颗粒标准物质可以由6-18种粒径、变异系数为10％-20％的交联聚苯乙烯子样品混合制成。

上述宽分布颗粒标准物质可以通过如图1所示的步骤制作：准备步骤S110：将苯乙烯单体、聚乙烯醇、引发剂和交联剂放入十二烷基硫酸钠水溶液中，得到混合溶液；反应步骤S120：通入氮气搅拌，同时将混合溶液加热至预定温度，反应预定时间，取出洗涤，得到交联聚苯乙烯颗粒；分离步骤S130：将交联聚苯乙烯颗粒放入十二烷基硫酸钠水溶液中搅拌超声分散预定时间1，沉降预定时间2，抽取上层悬浮液预定体积，得到交联聚苯乙烯子样品；和混合步骤S140：将粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品混合，制成宽分布颗粒标准物质。分离步骤中的十二烷基硫酸钠水溶液的浓度与反应步骤相同。例如，粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品可以通过以下方式得到：在分离步骤S130中，每隔1小时，抽取一次上层悬浮液100mL，得到一种交联聚苯乙烯子样品，从而得到粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品。

根据本发明的实施方式，准备步骤中的引发剂可以为过氧化苯甲酰，交联剂可以为二乙烯基苯。

根据本发明的实施方式，准备步骤中的十二烷基硫酸钠水溶液浓度可以为0.25％-0.4％。

根据本发明的实施方式，准备步骤中的苯乙烯单体与十二烷基硫酸钠水溶液的体积比可以为1:7-20，聚乙烯醇与十二烷基硫酸钠水溶液的体积比可以为1:4-10，过氧化苯甲酰与苯乙烯单体的质量比可以为1-5:100，二乙烯基苯与苯乙烯单体的质量比可以为1-10:100。

根据本发明的实施方式，反应步骤中的搅拌速率可以为300-700r/min，预定温度可以为80-95℃，预定时间可以为5-8小时。

根据本发明的实施方式，反应步骤中的预定时间1可以为30min，预定时间2可以为1-3小时，预定体积可以为100mL。

根据本发明的实施方式，上述标准物质为可重复使用的样品，使用时先将样品超声1min，上下颠倒瓶体数次，并先挤掉2-3滴以清除瓶口处残留颗粒。

根据本发明的另一个实施方式，本发明提供如图1所示的一种用于校准粒度测定仪的宽分布颗粒标准物质的制备方法，包括以下步骤：准备步骤S110：将苯乙烯单体、聚乙烯醇、引发剂和交联剂放入十二烷基硫酸钠水溶液中，得到混合溶液；反应步骤S120：通入氮气搅拌，同时将混合溶液加热至预定温度，反应预定时间，取出洗涤，得到交联聚苯乙烯颗粒；分离步骤S130：将交联聚苯乙烯颗粒放入十二烷基硫酸钠水溶液中搅拌超声分散预定时间1，沉降预定时间2，抽取上层悬浮液预定体积，得到交联聚苯乙烯子样品；和混合步骤S140：将粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品混合，制成宽分布颗粒标准物质。例如，可以按比例混合。例如，粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品可以通过以下方式得到：在分离步骤S130中，每隔1小时，抽取一次上层悬浮液100mL，得到一种交联聚苯乙烯子样品，从而得到粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品。粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品可以通过以下方式得到：在分离步骤S130中，每隔3小时，抽取一次上层悬浮液100mL，得到一种交联聚苯乙烯子样品，从而得到粒径不同、变异系数相同的交联聚苯乙烯子样品。

粒径体积分布及其不确定度的测定步骤如下：

先统计子样在各粒径段测得的颗粒数，以各粒径段的几何平均粒径计算出颗粒体积，各粒径段的颗粒数乘以对应颗粒体积得出该粒径段颗粒的总体积，据此算出子样各粒径段的体积百分比；子样各粒径段的体积百分比，乘以该子样在总样中的体积分数，得出该子样在总样中对各粒径段的贡献；对应各粒径段将所有子样的贡献累加，得到总样的体积分布。

实施例1、5-40μm宽分布颗粒标准物质的制备

5-40μm宽分布颗粒标准物质，其粒径分布D90＝34μm，D10＝8.3μm。5-40μm宽分布颗粒标准物质是由8种变异系数为20％的子样品按比例混合而成，其显微镜照片如图2所示，其粒径分布如图3所示。其混合比例如下表1所示。

表1

5-40μm宽分布颗粒标准物质，其具体制备方法为：

准备步骤：将200mL苯乙烯单体、500mL聚乙烯醇、苯乙烯单体质量1％的引发剂过氧化苯甲酰和苯乙烯单体质量10％的交联剂二乙烯基苯放入2L的0.4％十二烷基硫酸钠水溶液中，得到混合溶液；

反应步骤：通入氮气搅拌，搅拌速率为500r/min，同时将混合溶液加热至85℃，反应6小时，取出洗涤，得到交联聚苯乙烯颗粒；

分离步骤：将交联聚苯乙烯颗粒放入5L的0.4％十二烷基硫酸钠水溶液中搅拌超声分散30min，每沉降1小时，抽取一次上层悬浮液100mL，抽取8次，得到8种聚苯乙烯子样品。图2为本实施例的5-40μm宽分布颗粒标准物质的扫描电子显微镜照片，由图可见，本实施方式制备的宽分布颗粒标准物质中存在5-40μm的标准颗粒，且分散比较均匀。

使用方差分析法(F分析法)和平均值一致性检验法(t检验法)检验本实施例制备的5-40μm宽分布颗粒标准物质的均匀性和稳定性，证明其均匀性和稳定性良好。

本实施例制备的5-40μm宽分布颗粒标准物质粒径体积分布及其不确定度的测试结果如下表2。

表2

实施例2、5-40μm宽分布颗粒标准物质的制备

5-40μm宽分布颗粒标准物质，其粒径分布D90＝30μm，D10＝7.7μm。5-40μm宽分布颗粒标准物质是由6种变异系数为10％的子样品按比例混合而成。其混合比例如下表3所示。

表3

5-40μm宽分布颗粒标准物质，其具体制备方法为：

准备步骤：将200mL苯乙烯单体、140mL聚乙烯醇、苯乙烯单体质量20％的引发剂过氧化苯甲酰和苯乙烯单体质量1％的交联剂二乙烯基苯放入1.4L的0.25％十二烷基硫酸钠水溶液中，得到混合溶液；

反应步骤：通入氮气搅拌，搅拌速率为300r/min，同时将混合溶液加热至80℃，反应5小时，取出洗涤，得到交联聚苯乙烯颗粒；

分离步骤：将交联聚苯乙烯颗粒放入5L的0.25％十二烷基硫酸钠水溶液中搅拌超声分散30min，每沉降3小时，抽取一次上层悬浮液100mL，抽取6次，得到6种聚苯乙烯子样品。

使用方差分析法(F分析法)和平均值一致性检验法(t检验法)检验本实施例制备的5-40μm宽分布颗粒标准物质的均匀性和稳定性，证明其均匀性和稳定性良好。

本实施例制备的5-40μm宽分布颗粒标准物质粒径体积分布及其不确定度的测试结果如下表4。

表4

实施例3、5-40μm宽分布颗粒标准物质的制备

5-40μm宽分布颗粒标准物质，其粒径分布D90＝36μm，D10＝9μm。5-40μm宽分布颗粒标准物质是由18种变异系数为15％的子样品按比例混合而成其混合比例如下表5所示。

表5

5-40μm宽分布颗粒标准物质，其具体制备方法为：

准备步骤：将200mL苯乙烯单体、500mL聚乙烯醇、苯乙烯单体质量1％的引发剂过氧化苯甲酰和苯乙烯单体质量10％的交联剂二乙烯基苯放入4L的0.3％十二烷基硫酸钠水溶液中，得到混合溶液；

反应步骤：通入氮气搅拌，搅拌速率为700r/min，同时将混合溶液加热至95℃，反应8小时，取出洗涤，得到交联聚苯乙烯颗粒；

分离步骤：将交联聚苯乙烯颗粒放入5L的0.3％十二烷基硫酸钠水溶液中搅拌超声分散30min，每沉降2小时，抽取一次上层悬浮液100mL，抽取18次，得到18种聚苯乙烯子样品。

使用方差分析法(F分析法)和平均值一致性检验法(t检验法)检验本实施例制备的5-40μm宽分布颗粒标准物质的均匀性和稳定性，证明其均匀性和稳定性良好。

本实施例制备的5-40μm宽分布颗粒标准物质粒径体积分布及其不确定度的测试结果如下表6。

表6

实施例4、20-100μm宽分布颗粒标准物质的制备

20-100μm宽分布颗粒标准物质，其粒径分布D90＝91μm，D10＝23μm。20-100μm宽分布颗粒标准物质是由10种变异系数为15％的子样品按比例混合而成，其显微镜照片如图2所示，其粒径分布如图3所示。其混合比例如下表7所示。

表7

20-100μm宽分布颗粒标准物质，其具体制备方法为：

准备步骤：将150mL苯乙烯单体、300mL聚乙烯醇、苯乙烯单体质量5％的引发剂过氧化苯甲酰和苯乙烯单体质量4％的交联剂二乙烯基苯放入2L的0.25％十二烷基硫酸钠水溶液中，得到混合溶液；

反应步骤：通入氮气搅拌，搅拌速率为500r/min，同时将混合溶液加热至85℃，反应6小时，取出洗涤，得到交联聚苯乙烯颗粒；

分离步骤：将交联聚苯乙烯颗粒放入5L的0.25％十二烷基硫酸钠水溶液中搅拌超声分散30min，每沉降1小时，抽取上层悬浮液100mL，得到10种聚苯乙烯子样品。图3为实施例4中20-100μm宽分布颗粒标准物质的粒径分布图，由图可见，本实施例制备的20-100μm宽分布颗粒标准物质呈现正态分布，且分布很宽，其体积平均粒径约为57μm。

使用方差分析法(F分析法)和平均值一致性检验法(t检验法)检验本实施例制备的20-100μm宽分布颗粒标准物质的均匀性和稳定性，证明其均匀性和稳定性良好。

本实施例制备的20-100μm宽分布颗粒标准物质粒径体积分布及其不确定度的测试结果如下表8。

表8

综上所述，本发明制备的标准物质的均匀性、稳定性和不确定度都不仅符合用于校正粒度仪的标准物质要求，而且符合JJG 1006-1994《一级标准物质规范》的规定。

以上具体实施例仅用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。任何熟悉该领域的工程技术人员根据上述发明内容对本发明所做的一些非本质的改进和调整，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。