顆粒計數(shù)標準物質(zhì)定值方法研究

1、顆粒計數(shù)標準物質(zhì)定值方法研究張文閣,劉俊杰( 中國計量科學(xué)研究院, 北京 100013)摘要: 為了探討顆粒計數(shù)標準物質(zhì)研究中缺乏操作性強、量值溯源粘度的液體介質(zhì), 如水和油等) 中所含固體顆粒數(shù)量進行測量的技術(shù), 在許多行業(yè)中液體介質(zhì)中固體顆 粒物是主要污染物之一, 并會有很大的破壞作用。綜可靠的顆粒計數(shù)標準物質(zhì)定值方法等主要技術(shù)難點,本文中采用量值可溯源至長度基準的顯微圖象分析儀, 配以血球計數(shù)板為球形乳膠顆粒計數(shù)標準物質(zhì)定值, 在確定標準值同時對于定值的不確定度 進行了分析和研究。研究結(jié)果表明: 采用這種方法的定值不確定度優(yōu) 于 10%( k=2) 。關(guān)鍵詞: 顆粒計數(shù); 標準物質(zhì); 定

2、值; 不確定度上所述,顆粒物數(shù)量是許多行業(yè)生產(chǎn)過程控制及產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要指標之一。目前用于測量氣體或液體中顆粒計數(shù)的儀器很 多, 比如用于測量潔凈間潔凈度的塵埃粒子計數(shù)器、 用于水中顆粒含量的庫爾特顆粒測量儀和測量血液 中紅、白細胞計數(shù)濃度的血細胞分析儀等等。這些儀 器出廠時需要進行校準標定, 使用中需要定期檢定中圖分類號: TB9文獻標識碼: A文章編號: 1008- 5548(2006)06- 0021- 03Me thod for Ce rtifying the P a rticleCounting Ce rtifie d Re fe re nce Ma te ria ls和測試,而這

3、些工作的完成都離不開顆粒計數(shù)粒度標準物質(zhì)。目前, 我國在顆粒計數(shù)標準物質(zhì)研究方面基本處于空白狀態(tài), 主要原因和技術(shù)難點就在于沒 有操作性強、量值溯源可靠的顆粒計數(shù)標準物質(zhì)定 值方法。為此我們對于顆粒計數(shù)標準物質(zhì)的定值方法及 最終定值結(jié)果的不確定度分析進行了以下研究。ZHANG Wen-ge, LIU Jun-jie( National Institute of Metrology, Beijing 100013, China)Abstr act : In the research of certified reference materials (CRMs) for par-ticle-cou

4、nting, the main technical problem is short of a method for certi- fying this CRMs which can satisfy the traceability request of metrology. A traceable method for certifying particle-counting CRMs was investi-gated, and a image analysis system and a blood counting board were used1顆粒計數(shù)標準物質(zhì)制備in this me

5、thod.Also, the uncertainty of this certified method was ana-lyzed. The results show that the uncertainty of this method is less than10% (k=2).1.1顆粒計數(shù)標準物質(zhì)原料選擇及制備使用聚合法合成出單分散性、球形度好的標稱 直徑為 5 m 的聚苯乙烯乳膠球形粒子。其原因為:Key wor ds: particle-counting;uncertaintycertified reference materials; certify;( 1)球形顆粒由于其球?qū)ΨQ

6、性在任何儀器中可以認顆粒物測量技術(shù)是現(xiàn)代測量學(xué)中的一個重要分支, 主要包括了對顆粒物粒度、濃度、數(shù)量等參數(shù)的 測量, 其中, 顆粒計數(shù)測量是隨著潔凈度測量和污染 度監(jiān)測而發(fā)展起來的一種新技術(shù)。所謂顆粒物計數(shù) 測量是對一定體積氣體或液體中某一粒徑范圍內(nèi)的 粒子數(shù)量進行測量的技術(shù), 其中氣體中粒子計數(shù)測 量是對一定體積氣體中的某一粒徑范圍內(nèi)的粒子數(shù) 量進行測量的技術(shù), 是潔凈技術(shù)的重要內(nèi)容之一, 而 液體中粒子計數(shù)測量所指為對液體介質(zhì) ( 包括各種為其是一維的測量標準物質(zhì); ( 2) 標準小球球形度形狀因子可用一個粒徑標準偏差來評價并給出不確定 度; ( 3) 可采用有機、無機材料制作, 可運用于

7、各種液 體介質(zhì)定標, 也可用于氣相定標( 氣溶膠也由液相噴 射而成) 。1.2 顆粒計數(shù)標準物質(zhì)取樣及分裝顆粒材料在取樣或分裝時, 易產(chǎn)生“不均勻”狀 態(tài), 所以在整個過程中需采用“旋轉(zhuǎn)格槽”、“移液器 均取”等科學(xué)的縮分方法, 以保證樣品的代表性和分 裝單元的均勻性。1.3 顆粒計數(shù)標準物質(zhì)均勻性檢驗理論上, 經(jīng)縮分取樣或分裝, 顆粒物質(zhì)其子樣具收稿日期: 2006- 09- 16。第 一 作 者 簡 介 : 張 文 閣( 1966 - ) , 男 , 高 級 工 程 師 。 電 話 : E-mail: zwgat。2006年第 6 期中國粉體技術(shù) 21綜綜 述述

8、1. 計數(shù)板; 2. 計數(shù)板與蓋玻片間的距離( 0.1 mm) ;3. 蓋玻片支柱; 4. 蓋玻片有代表性, 分裝單元樣品間是均勻的。本研究使用 F或 t 檢驗方法, 檢驗分裝單元間和單元內(nèi)的均勻性。數(shù)和所測顆粒的累積數(shù)量( 約 1 5002 000 粒) 。提高測量的精度和可靠性, 以平行測量的各樣品計數(shù)平 均值作為顆粒計數(shù)的標準值。2.3顆粒懸浮液體積測定為 使 所 統(tǒng) 計 的 顆 粒 計 數(shù) 準 確 地 轉(zhuǎn) 化 為 顆 粒 濃 度, 本研究采用醫(yī)用血球計數(shù)板( 圖 1) 測量每個載 片上所移取的標準懸浮液的體積 ( 標稱體積為 0.1 L) 。本研究用微米尺準確地測量血球計數(shù)板上網(wǎng) 格的

9、邊長, 從而算出網(wǎng)格面積為 1.003 mm2。由中國 計量科學(xué)研究院準確 測 量 計 算 網(wǎng) 格 下 池 體 深 度 為95.5 m, 計算出所選用的 XB- K- 25 血球計數(shù)板取 樣池的體積為 0.0958 mm3。顆粒計數(shù)標準物質(zhì)的定值2標準值是標準物質(zhì)的最主要特征,是檢定或校準儀器的計量依據(jù),本研究對標準懸浮液中的顆粒計數(shù)濃度( 100 L 內(nèi)顆粒數(shù)量) 進行定值。2.1定值方法定值必須準確可靠, 我們采用量值可溯源至長 度基準的顯微圖象方法為標準物質(zhì)定值, 在確定標 準值時, 同時給出定值的不確定度。2.2顆粒計數(shù)測定顯微鏡是測量顆粒物質(zhì)的最直觀的方法, 可觀 測顆粒形狀、測量顆

10、粒尺寸和顆粒數(shù)量、配以計算機 自動采樣和統(tǒng)計, 提高了測量的速度和質(zhì)量, 當(dāng)顯微 鏡測量長度的功能獲得校準后, 可作為顆粒尺寸的 絕對測量方法。本研究中使用了日產(chǎn) OLYMPUS 型光學(xué)顯微鏡對顆粒樣品進行測量,并用經(jīng)中國計量科學(xué)研究院圖 1 血球計數(shù)板及計數(shù)網(wǎng)格圖Fig.1 Blood counting boa rd a nd grids pa tte rn檢定的微米尺( 表 1) 校準目鏡標尺刻度( 一定放大倍數(shù)下) , 或校準自動采樣的“象素”長度計量標準。2.4顆粒計數(shù)濃度的計算以上述網(wǎng)格中顆粒計數(shù)除以該體積大小,本研究用顯微鏡統(tǒng)計顆粒數(shù)量,由于乳膠粒子即為粒徑有一定分布寬度, 為統(tǒng)計

11、顆粒數(shù)目的準確一致,免去來自分散劑中的“本底”微小顆粒的干擾, 在進 行標稱粒徑為 5 m 的標準懸浮液中顆粒計數(shù)時, 以其平均粒徑的 50 % 處的尺寸為統(tǒng)計顆粒數(shù)量的 上下限。實際觀察顆粒的數(shù)均分布曲線, 在此限范圍 之外的顆粒所剩無幾, 不會帶來明顯的干擾。為消除 顯微鏡測量取樣量小、代表性差的影響, 在測量時取 樣濃度濃縮 550 倍( 準確記錄濃縮倍數(shù)) , 使落在顯 微鏡視野內(nèi)的顆粒數(shù)大于 100 粒。從樣品瓶不同部 位取樣, 制備 10 片以上載片, 以增加平行測量的次顆 粒 計 數(shù) 濃 度 值 。 圖 2 和 表 2 示 出 了 用 日 產(chǎn)OLYMPUS 型光學(xué)顯微鏡和 XB-

12、 K- 25 血球計數(shù)板 測量粒徑為 5 !m 的標準懸浮液的舉例。標準懸浮液 濃縮 50 倍。取樣 10 次, 制片在顯微鏡下觀測計數(shù), 共統(tǒng)計 1 437 個顆粒, 平均顆粒計數(shù) 144 粒, 按下式 計算顆粒濃度 c:表 1 微米尺檢定數(shù)據(jù)表Fig.1 Ce rtifie d va lue of micron- le ve l rule r圖 2 網(wǎng)格計數(shù)示意圖Fig.2 Gride s counting pa tte rn注: 中間大格即為顯微計數(shù)用網(wǎng)格,量, 填于表 2其中格中數(shù)字為格中的顆粒數(shù)2006年第 6 期22中國粉體技術(shù)名義值 / !m實測值 / !m名義值 / !m實測值

13、 /!m010010.0020019.9030029.9040040.0050049.9060059.9070069.7080079.7090089.7050099.850100049.9100150050.0150200050.0200250049.8粉體測試與表征綜綜述述中格 25 小格內(nèi), 總面積約為 1 mm2 的全部顆粒, 并使其總計數(shù)量大于 100 粒, 以提高測量精度。為克服 懸浮液代表性差的影響, 對于需要定值的每一樣品 均從不同部位移取懸浮液, 并平行取樣次數(shù) 10 次以 上, 使總計數(shù)累計至 1 0002 000 粒。經(jīng)統(tǒng)計計算所 帶來的不確定度約 4 %左右。血球計數(shù)板取

14、樣體積的標稱值為 0.1 mm3。由于該板的原設(shè)計精度及生產(chǎn)的質(zhì)量所限, 池深不均勻、 支撐蓋玻璃的兩條支撐面不等高, 片與片之間有較 大差異, 所以對所用的每一片血球計數(shù)片都需要進表 2標稱粒徑 5 m 標準懸浮液粒子計數(shù)數(shù)據(jù)P a rticle s -counting da ta of s us pe nde d pa rticle s in liquidwith ce rtifie d va lue 5 !mTa b.2行取樣體積的標定,以實際標定值進入顆粒濃度計算。本研究中對所選定的 XB- K- 25 型血球計數(shù)板進行標定, 標定一片在實測中反復(fù)使用, 消除了片間 的系統(tǒng)誤差, 該片

15、網(wǎng)格中心格面積的標定值為 1.003 mm2, 標定的相對誤差 0.1 % ; 池體深度由中國計量 科學(xué)研究院長度處通過多點測量( 6 點) 方法確定平 均池深 95.5 m, 檢出限 0.1 #m, 相對測量誤差 0.9%, 以池面積乘以池深計算取樣體積 95.8 $L。標定的相對誤差0.1 %?？v上所述, 在上述諸因素得到良好控制, 通過檢定或標定確定的系差得到修正后, 計算其定值不確 定度小于 10%( k=2) 。參考文獻( References) :1 中華人民共和國國家標準 GB10685. 羊毛纖維直徑試驗方法投影 顯微鏡法S. 北京: 中國標準出版社, 1985.GB/T106

16、85. Test method for determining wool fibres diameter by the projection microscope S. Beijing : Standard Press of China,1985. (in Chinese)2 Hall C E. Darkfield electron microscopy II, studies of oolloidal carb- onJ. J Appl Phys, 1948, 19:271.3 Zwicke J D. Particle size analysis in Bayerplant control

17、J. LightMetals, 1984, 173-193.4 楊鐵笙, 詹秀玲. 圖象處理技術(shù)用于泥砂顆粒粒度分布的研究J.中國粉體技術(shù), 1999, 5( 6) : 13-19.YANG Tie-sheng, ZHAN Xiu-ling. Investigation of particle size dis- tribution of sediment by image analyzing technique J. China Pow- der Science and Technology, 1999, 5( 6) : 13-19. (in Chinese)5 李慎安, 王光先. 測量不確

18、定度的簡化評定M. 北京: 中國計量出版社, 2004.LI Shen-an, WANG Guang-xian. Simplified Assessing of Measure- ment UncertaintyM. Beijing: China Metrology Publishing House,2004. (in Chinese)14423c= 500.0958 10 =3.0010 /100 (!L)此濃度即為懸浮液顆粒濃度的標準值。3顆粒濃度定值不確定度來源分析采用顯微鏡測量懸浮液顆粒濃度,其定值不確定度源自顯微鏡的計數(shù)不確定度、血球計數(shù)板取樣體積測定的不確定度和來自懸浮液“本底計數(shù)”的影 響。由于顯微鏡的測量視野面積小,血球計數(shù)板每一網(wǎng)格單元的面積小, 再加之待測的懸浮液顆粒濃度低, 就很難采用上述方法直觀、準確地進行定值 了, 為此將顆粒懸浮液濃縮 550 倍左右, 增加在顯 微鏡視野進行統(tǒng)計的顆粒數(shù)量, 以提高測量的精度。 由于顆粒沉積在血球計數(shù)板網(wǎng)格上, 其分布不均勻 而極易形成誤差。本研究在進行顆粒數(shù)量統(tǒng)計時, 比 常規(guī)血球計數(shù)采樣網(wǎng)格數(shù)增加 5 倍, 即統(tǒng)計中心一2006年第 6 期中國粉體技術(shù) 23樣品號 123456789101577107854662