淺談激光粒度儀的使用方法及常見問題分析

陳 鑫，陳玉宇

(泰州醫(yī)藥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)管理委員會，江蘇 泰州 225300)

激光粒度儀是利用激光照射到微粉顆粒上產(chǎn)生光的衍射效應(yīng)，顆粒的大小差異帶來激光衍射角度的變化，投影到探測器上表現(xiàn)為衍射光環(huán)大小的變化。根據(jù)光環(huán)的大小來分析粒度的粗細(xì)，根據(jù)光環(huán)的強(qiáng)弱判斷某一粒度數(shù)量的多少。然后由計(jì)算機(jī)根據(jù)衍射光環(huán)的大小和光的強(qiáng)弱，按照預(yù)定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行擬合近似分析，得到樣品的粒度組成分析結(jié)果[1-2]。由于它具有測量范圍寬、重復(fù)性好、速度快、中值粒徑分析結(jié)果比較準(zhǔn)確，穩(wěn)定、操作容易等顯著優(yōu)點(diǎn)，非常適合生物醫(yī)藥制劑行業(yè)。尤其廣泛應(yīng)用于微球分析、粉霧劑質(zhì)量研究、脂質(zhì)體粒徑和分布檢驗(yàn)、乳劑[3-4]微粒子分析、制劑中間體、原料藥[5-6]、輔料及中藥粉體粒度[7-8]等。但隨著激光粒度分析儀的廣泛使用[9-11]，也暴露出了激光粒度儀用于粒度分析所存在的問題。例如不能對顆粒進(jìn)行準(zhǔn)確分析，不能有效準(zhǔn)確地反映出粒度組成的變化，儀器可校準(zhǔn)和可溯源性差等。這些問題嚴(yán)重影響了測試結(jié)果的準(zhǔn)確和可靠性。筆者認(rèn)為與激光粒度儀的使用方法及影響因素有很大關(guān)系，本文就激光粒度儀的使用方法、影響因素及注意事項(xiàng)，談?wù)劰P者自己的見解。

1 使用方法

本文以泰州醫(yī)藥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)公共平臺服務(wù)中心分析測試部的一臺MS2000型(Malvern)激光粒度儀(濕法)為分析對象，為本文提供數(shù)據(jù)。

(1)開機(jī)順序：先打開儀器主機(jī)以及濕法進(jìn)樣器(2個開關(guān))，再開電腦，儀器需要預(yù)熱15～30 min。

(2)在樣品杯中加入純凈、適量的分散劑，打開進(jìn)樣泵(手指輕輕按鍵控制面板第一個顯示中間的on/off鍵盤)，使溶液在樣品杯、進(jìn)樣泵、進(jìn)樣管和樣品池中循環(huán)流動，同時打開超聲分散器，趕跑分散劑溶液中夾帶的小汽泡。

(3)在桌面上雙擊Mastersizer2000操作軟件，進(jìn)入Mastersizer2000操作軟件，輸入操作者姓名，然后鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊確定。

(4)點(diǎn)擊“文件”菜單欄，點(diǎn)擊打開。如第一次使用本儀器則新建一個文件；如果已有文件夾，則打開已有的文件，確保使用記錄存放在你所需要的文件名下。

(5)單擊“測量”菜單中的“手動”按鈕，進(jìn)入測量窗口。

(6)然后點(diǎn)擊“對光”，對光通過后，如果背景狀態(tài)正常，就不需要換分散劑了(如果是第一次打開軟件的話，對光按鍵是隱藏在測量背景下面的，只要點(diǎn)擊“開始”鍵，儀器就會對光接著測量背景的)；

(7)然后進(jìn)入“選項(xiàng)”菜單，選擇與待測樣品一致的光學(xué)參數(shù)(如樣品和分散劑的折光率等。如果無對應(yīng)的光學(xué)參數(shù)，則新建樣品、分散劑名稱和相對應(yīng)的光學(xué)參數(shù))，再進(jìn)入“文檔”菜單，輸入樣品名稱，然后“確定”退出。

(8)然后單擊“開始”按鈕，系統(tǒng)開始測量背景，當(dāng)背景測量完成以后并提示“加入樣品”后，開始加入樣品到遮光度10%至控制的遮光度范圍內(nèi)(綠色區(qū)域)，然后單擊“開始”或按“測量樣品”儀器會進(jìn)行測量樣品，每測量一次，結(jié)果會按記錄編號和時間存在已經(jīng)指定的文件里。

(9)儀器自動控制直至該樣品測量結(jié)束，在“記錄”中選擇并單擊需要打印或閱讀的報(bào)告。

(10)測量結(jié)束后，抬起燒杯上方蓋子到兩個黑線中間，附近會自動把樣品池的分散劑排除，然后將樣品杯中的被測溶液更換成純凈的分散劑，繼續(xù)啟動進(jìn)樣泵進(jìn)行管道的清洗，然后再更換成純凈水(以背景正常為準(zhǔn))。

(11)關(guān)機(jī)順序：先關(guān)電腦軟件，再關(guān)濕法進(jìn)樣器和儀器主機(jī)。

2 影響因素[12-13]

2.1 分析模型選擇

激光粒度儀通常有5種模式：通用模式、單窄峰模式、多窄峰模式、不規(guī)則模式和球形模式。通用模式用于各種分布。對大部分研磨，沉積，乳液都可以用；對未知樣品，這個模式永遠(yuǎn)是第一選擇。單窄峰模式用于分布寬度小于一個數(shù)量級的樣品。這個模式只能用于粒度的分布窄于一個數(shù)量級：0.1～1 μm，1～10 μm，10～100 μm，100～1000 μm等。類似的樣品有乳膠球，分級以后的樣品，或氧化鋁。

多窄峰模式用于窄分布混合物；不規(guī)則模式用于大部分材料。對乳膠球，玻璃珠，或乳液應(yīng)當(dāng)用球形模式。例如牛奶樣品，乳液是球狀的。使用不規(guī)則模式會“漏掉”蛋白微胞的峰。

2.2 分散劑選擇

使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)激光粒度儀最重要的一個條件就是試樣分散。合適的分散劑可以最大限度地潤濕樣品，破壞顆粒之間的范德華力、靜電力和分子焊接力等粘結(jié)力，而吐溫80是應(yīng)用激光粒度儀方法測試顆粒粒度的常用分散劑。

2.3 遮光度選擇[14]

遮光度是粉末樣品分散好后，進(jìn)行測試時儀器所探測到的樣品分散濃度。假如顆粒較小，最好用低遮光度，5%～10%已經(jīng)足夠達(dá)到好的信噪比；假如顆粒不是很小，遮光度可從5%～12%；加入樣品的分布很寬，遮光度15%～20%可以增加取樣的代表性；遮光度太高會產(chǎn)生多重散射。

2.4 超聲時長選擇

為了使樣品更好地分散并能懸浮于非溶劑中，需要通過超聲波來破壞顆粒之間的粘連，并選擇適當(dāng)?shù)姆稚┦箻?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)更好地懸浮于非溶劑中。我們一般選擇0 min、5 min、10 min、15 min、30 min等進(jìn)行測試。

2.5 攪拌速度選擇

激光粒度儀實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量的重要動力就是攪拌和循環(huán)，而攪拌速度的高低可直接影響測量的準(zhǔn)確性。攪拌速度太低，樣品分散性差;攪拌速度太高，既有可能破壞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)又可能產(chǎn)生氣泡，從而影響測量結(jié)果。一般選擇1500 r/min、2000 r/min、2500 r/min 3個不同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測試，最好不要超過2500 r/min。

2.6 校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的選擇

為保證激光粒度儀計(jì)量校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和溯源性，依據(jù)JJF1211-2008《激光粒度分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。所使用微粒粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為聚苯乙烯微球。

3 注意事項(xiàng)[15]

(1)背景正常標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)光能量的趨勢呈遞減趨勢最大應(yīng)小于80，光強(qiáng)度為80%左右。

(2)是否干凈，有否顆粒粘在池壁上；是否穩(wěn)定，沒有分散劑的污染與熱平衡問題而造成負(fù)的數(shù)據(jù)；當(dāng)測量小顆粒或微弱散射材料時，干凈的背景十分重要，甚至極小的漲落會造成錯誤的結(jié)果。

(3)注意顆粒在窗戶上的沉積(檢查背景)，沉積往往表示不良的顆粒分散。

(4)測量與背景次數(shù)：背景至少要測10秒；在用超聲前、中、后進(jìn)行短時間的多次測量(2～5秒)；假如有大顆粒尾巴或分布很寬，必須要增加測量時間以保證均勻的分散取樣。

(5)選用合適的分散劑，需與樣品不溶或難溶；臟的分散液會造成散射強(qiáng)度的不穩(wěn)定，而產(chǎn)生高背景，氣泡也是產(chǎn)生壞背景的原因，并有在測量時可能產(chǎn)生負(fù)的強(qiáng)度；用清潔循環(huán)或手動沖洗來去除臟的分散液。

(6)假如分散劑使用非水液體，在換液體時一定要保證使用第三種與前后兩種液體都互溶的液體，以防止形成乳液。

(7)穩(wěn)定的遮光度會產(chǎn)生重現(xiàn)性好的結(jié)果。

(8)對小顆粒，為避免多重散射，所加樣品濃度往往較低，進(jìn)而信噪比較低，所以好的背景測量對避免負(fù)的強(qiáng)度數(shù)據(jù)尤其重要。

(9)樣品池：樣品池蓋密封性良好，應(yīng)無滲漏現(xiàn)象。

(10)樣品的超聲會產(chǎn)生熱量，對有高蒸汽壓的液體可能會造成密度的變化而使光束飄移；加超聲短時間(30秒)然后允許熱平衡，然后再測量直至穩(wěn)定。

(11)渡膜玻璃：清洗時正面不能用任何物品擦拭，只能用洗耳球吹去污物，反面可用柔軟的擦鏡紙按固定的方向輕輕地擦拭。

(12)樣品室鎖定柄：旋轉(zhuǎn)靈活，在打開或關(guān)閉時能聽到明顯的“噠”聲，表明此時已有效地打開或關(guān)閉此鎖。

(13)進(jìn)樣管：正常情況下比較柔軟，與樣品池連結(jié)無滲漏現(xiàn)象。

(14)測量結(jié)束后，請做好使用記錄，自覺清潔臺面。

(15)進(jìn)樣系統(tǒng)在每天樣品測試完畢后必須進(jìn)行清洗。

(16)樣品池窗的渡膜玻璃：當(dāng)光學(xué)背景測量的光能值較高(大于200)時，必須進(jìn)行清洗。

(17)永遠(yuǎn)保持樣品池與樣品池窗戶的潤濕與干凈。

4 結(jié) 語

生物醫(yī)藥化工領(lǐng)域的發(fā)展前景無疑較為廣闊。從蛋白質(zhì)和聚合物溶液、懸浮液和乳液，以及噴霧和氣溶膠、工業(yè)散裝粉末和高濃度漿料等，馬爾文激光粒度分析儀在顆粒參數(shù)的獲取和控制中保持領(lǐng)先優(yōu)勢。正確使用馬爾文激光粒度儀是能得到良好的測量結(jié)果的前提，除此之外還有其他因素也會因影響測量結(jié)果，如分散劑類型、遮光度、超聲分散時間及攪拌速度等，因此在實(shí)際使用過程中需要對影響粒度分布測試結(jié)果的各個因素進(jìn)行有效選擇和控制，才能避免測試結(jié)果有差異，并能得出準(zhǔn)確重復(fù)性好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。