液體顆粒計數(shù)器光散射法

1、液體顆粒計數(shù)器光散射法1范圍本部分規(guī)定了光散射法液體顆粒計數(shù)器（以下簡稱計數(shù)器）的校準(zhǔn)和驗證方法，該方法用來測量 懸浮在液體中顆粒的粒徑大小和數(shù)量濃度。本部分所描述的光散射法是基于單個顆粒散射而進行的 測量，典型的粒徑測量范圍為0.1網(wǎng)10網(wǎng)。該方法可用于評價純水和化學(xué)試劑的清潔度，也可用于測量其他液體中的顆粒數(shù)量濃度與粒徑 分布。根據(jù)顆粒與液體介質(zhì)的折射率，測量得到的是在純水中的校準(zhǔn)顆粒的等效粒徑。本部分包含以下內(nèi)容：a）粒徑校準(zhǔn)；b）粒徑設(shè)定驗證；c）計數(shù)效率；d）粒徑分辨率；e）假計數(shù)率；f）顆粒數(shù)量濃度測量上限值；g）流量；h）采樣時間；i）采樣體積；j）校準(zhǔn)周期；k）測試報告。2術(shù)語

2、和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。2.1校準(zhǔn)顆粒 calibration particle已知平均粒徑的單分散球形顆粒，如聚苯乙烯乳膠球顆粒（PSL），其標(biāo)準(zhǔn)值可溯源至國家或國際 長度標(biāo)準(zhǔn)，其平均粒徑的標(biāo)準(zhǔn)不確定度應(yīng)小于等于2.5%。注：在波長為589nm （鈉D線）時，聚苯乙烯乳膠球校準(zhǔn)顆粒的折射率接近于1.59.2.2計數(shù)效率 counting efficiency光散射法液體顆粒計數(shù)器（LSLPC）與參比儀器在測量同一樣品時得到的顆粒數(shù)量的比值。2.3顆粒計數(shù)器particle counter采用光散射法或光阻法記錄顆粒數(shù)量濃度并測量其粒徑的儀器。2.4脈沖高度分析器（PHA） puls

3、e height analyser分析脈沖高度分布的設(shè)備。2.5粒徑分辨率size resolution儀器分辨不同粒徑大小的能力。3要求3.1粒徑校準(zhǔn)粒徑校準(zhǔn)程序見4.1。3.2粒徑設(shè)定驗證按4.2所述方法測量計數(shù)器最小粒徑和其它粒徑時，其測量誤差應(yīng)不超過15 %。3.3計數(shù)效率當(dāng)校準(zhǔn)顆粒的粒徑為儀器檢測下限時，計數(shù)效率應(yīng)為（5030） %；當(dāng)校準(zhǔn)顆粒的粒徑為儀器檢測 下限的1.53倍時，計數(shù)效率應(yīng)為（10030）%。3.4粒徑分辨率按4.4所述方法用校準(zhǔn)顆粒進行測量，粒徑分辨率應(yīng)小于等于10%。3.5假計數(shù)率假計數(shù)率是測量純水時儀器記錄的最小粒徑的顆粒數(shù)量濃度，單位：個/升。3.6顆粒數(shù)量

4、濃度測量上限值應(yīng)說明顆粒數(shù)量濃度的測量上限值。在顆粒數(shù)量濃度測量上限時，計數(shù)器顆粒計數(shù)的重合誤差 應(yīng)小于等于10%。注：當(dāng)顆粒數(shù)量濃度大于儀器顆粒數(shù)量濃度測量上限時，由于檢測區(qū)域內(nèi)存在多個顆粒的概率增加（產(chǎn)生重合誤 差）和/或電子系統(tǒng)的飽和，從而導(dǎo)致未被計數(shù)的顆粒數(shù)量增加。3.7流量應(yīng)明確采樣流量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，使用者應(yīng)檢查其數(shù)值是否在給定的范圍內(nèi)。3.8米樣時間采樣持續(xù)時間的標(biāo)準(zhǔn)不確定度應(yīng)小于等于設(shè)定值的1%。若計數(shù)器沒有采樣時間控制系統(tǒng)，本條款不適用。3.9采樣體積采樣體積的標(biāo)準(zhǔn)不確定度應(yīng)小于等于設(shè)定值的5%。若計數(shù)器沒有采樣系統(tǒng)，本條款不適用。3.10校準(zhǔn)周期建議計數(shù)器的校準(zhǔn)周期不超過一

5、年。3.11測試報告至少應(yīng)包含以下信息：a）校準(zhǔn)日期；b）校準(zhǔn)顆粒粒徑；c）流量；d）粒徑分辨率（所用顆粒的粒徑）；e）計數(shù)效率；f）內(nèi)置脈沖高度分析器（PHA）的電壓閾值或通道值。4測試方法4.1 粒徑校準(zhǔn)用已知粒徑的顆粒校準(zhǔn)計數(shù)器時，中值粒徑電壓（或內(nèi)置PHA通道）與校準(zhǔn)顆粒的粒徑相對應(yīng)（如 圖1）。中值粒徑電壓（或內(nèi)置PHA通道）是指平分脈沖計數(shù)總數(shù)時的電壓，即在該中值粒徑電壓兩側(cè)，脈沖計數(shù)各占50%?？墒褂靡慌_具有可變電壓閾值（或內(nèi)置PHA通道）裝置的顆粒計數(shù)器來確定 中值粒徑電壓，如果顆粒計數(shù)器中沒有可變電壓閾值設(shè)定，則可用PHA來代替。說明：X脈沖電壓（或粒徑通道）K 下限電壓Y頻

6、度Vm中值粒徑電壓Vu上限電壓1聚苯乙烯乳膠顆粒（PSL）的脈沖分布圖1聚苯乙烯乳膠顆粒（PSL）的脈沖分布如果出現(xiàn)許多類似于小顆粒的噪音信號，應(yīng)將這些“假顆?！钡拿}沖信號去除后再確定 中值粒徑電壓（如圖2a）。只有當(dāng)真實顆粒的峰值顆粒數(shù)是谷底的2倍以上時，才可將它作 為“假顆粒”從脈沖信號中去除（如圖2b），在這種情況下，匕取大于中值粒徑電壓七且與 V縱坐標(biāo)相同時的電壓值，僅用V和Vu之間的圖形部分來計算中值粒徑電壓。說明：X脈沖電壓（或粒徑通道）K 下限電壓Y頻度Vm中值粒徑電壓Vu上限電壓1聚苯乙烯乳膠顆粒（PSL）的脈沖分布2噪音（假顆粒、小顆粒、和/或光學(xué)噪聲、電子噪聲）圖2有干擾信

7、號的聚苯乙烯乳膠顆粒（PSL）的脈沖分布與粒徑相對應(yīng)的通道電壓值應(yīng)按照校準(zhǔn)曲線來確定（如圖3）。說明：X粒徑Y(jié)校準(zhǔn)顆粒的中值粒徑電壓1校準(zhǔn)曲線Vmi粒徑xmi所對應(yīng)的中值粒徑電壓 Vm 2粒徑氣2所對應(yīng)的中值粒徑電壓 Vm 3粒徑 3所對應(yīng)的中值粒徑電壓圖3校準(zhǔn)曲線注：當(dāng)用外置PHA測量中值粒徑電壓時，設(shè)置的計數(shù)器電壓范圍應(yīng)包括PHA電壓的不確定度和計數(shù)器的 電壓不確定度（參見附錄A）。4.2粒徑設(shè)定驗證至少使用3種不同粒徑的校準(zhǔn)顆粒，按4. 1中給出的測量方法得到響應(yīng)電壓（或內(nèi)置PHA 通道），以這3個響應(yīng)電壓（或內(nèi)置PHA通道值）和校準(zhǔn)顆粒粒徑來判定校準(zhǔn)曲線的正確性， 選取的校準(zhǔn)顆粒的粒徑

8、值應(yīng)涵蓋計數(shù)器可測粒徑的大部分范圍。具體方法為：通過計數(shù)器內(nèi) 置的校準(zhǔn)曲線，由電壓值（或內(nèi)腎HA通道）來推算相應(yīng)的顆粒大小x，根據(jù)式（1）計算粒 徑設(shè)定誤差e，并檢驗是否滿足3.2中要求。（%）= 土二x 100%（1）xr式中：e 粒徑設(shè)定誤差，；x 校準(zhǔn)顆粒的粒徑，pm；x 推算的顆粒粒徑，pm；o4.3計數(shù)效率用兩種不同粒徑的校準(zhǔn)顆粒來測試計數(shù)器的計數(shù)效率，一種是粒徑接近測量下限的顆 粒，另一種是粒徑在測量下限值1.53倍之間的顆粒。用待測的計數(shù)器測量上述兩種校準(zhǔn)顆粒的數(shù)量濃度，用顯微鏡法或已校準(zhǔn)的計數(shù)器作為 參比儀器，測量上述兩種校準(zhǔn)顆粒的數(shù)量濃度（參見附錄B）。4.4粒徑分辨率利用單

9、分散校準(zhǔn)顆粒測定中值粒徑電壓（或通道）匕，如圖4。將分布密度為61%時所對應(yīng)的電壓分別定義為下限電壓匕和上限電壓匕。利用校準(zhǔn)曲線，得到對應(yīng)于匕和匕的粒徑，計算校準(zhǔn)顆粒標(biāo)準(zhǔn)值與匕、匕所對應(yīng)的粒徑值之差的絕對 值，其中較大的差值即為觀測標(biāo)準(zhǔn)偏差。用公式（2）計算計數(shù)器的粒徑分辨率R，用百分 數(shù)表示（參見附錄C）。R（%）=疽2 bP2 X100%（2）XP式中：R粒徑分辨率，%；。計數(shù)器的觀測標(biāo)準(zhǔn)偏差，pm；。p供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)顆粒的標(biāo)準(zhǔn)偏差，pm；Xp校準(zhǔn)顆粒粒徑，pm。說明：V下限電壓Vm中值粒徑電壓Vu上限電壓X脈沖電壓（或粒徑通道）Y頻度1聚苯乙烯乳膠顆粒（PSL）的脈沖分布2下限電壓分辨

10、率3上限電壓分辨率圖4粒徑分辨率4.5假計數(shù)率假計數(shù)率是指測量不含顆粒的液體時，計數(shù)器在最小可檢測粒徑處所測得的顆粒數(shù)量濃度（單位: 個/升），數(shù)據(jù)用95%置信上限的泊松分布進行統(tǒng)計處理（參見附錄D）。4.6顆粒數(shù)量濃度的測量上限值因顆粒重合而引起的測量誤差由液體流量、顆粒通過檢測區(qū)所需時間和電信號處理時間決定，這些 值取決于計數(shù)器的設(shè)計。重合誤差可由公式（3）計算得到。L(%) =1 exp( - q -1 - CmaJ x 100%(3)式中：L 重合誤差，%；q 流量，cms ；t顆粒通過檢測區(qū)所需時間與電信號處理時間之和，s ；Cmax顆粒數(shù)量濃度的最大值，個/cm3。4.7流量采樣體

11、積（見4.9）除以采樣時間（見4.8）得到流量，或用已校準(zhǔn)的流量計進行測量。若計數(shù)器沒 有采樣單元，本條款不適用。4.8米樣時I司采樣時間指計數(shù)器測試一個樣品的時間（從計數(shù)開始到計數(shù)結(jié)束）。采樣時間誤差是1減去樣品采樣時間t與儀器規(guī)定的采樣時間t0的比值，即1-土。0應(yīng)使用已校準(zhǔn)的儀器來測量采樣時間，檢查采樣時間誤差是否滿足3.8中的規(guī)定。若計數(shù)器沒有采樣單元，本條款不適用。若計數(shù)器配備了可測定流量的采樣系統(tǒng)，本條款不適用。4.9采樣體積可用天平稱量純水再轉(zhuǎn)化成體積，或使用已校準(zhǔn)的量筒測量采樣體積。若計數(shù)器沒有采樣單元，本條款不適用。4.10校準(zhǔn)在校準(zhǔn)周期內(nèi)（見3.10），校準(zhǔn)項目應(yīng)至少包括粒

12、徑校準(zhǔn)、粒徑分辨率、計數(shù)效率和采樣體積的不 確定度。若計數(shù)器沒有流量控制單元，可以不提供采樣流速的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。附錄A（資料性附錄）粒徑校準(zhǔn)的不確定度評定A.1使用內(nèi)置或外置脈沖高度分析器（PHA ）進行的粒徑校準(zhǔn)如圖A.1,使用外置脈沖高度分析器（PHA）和電壓表進行粒徑校準(zhǔn)，不確定度來源有下面四個因 素：聚苯乙烯乳膠球顆粒（PSL）；脈沖高度分析器（PHA）；電壓表；一粒徑設(shè)置電路的電壓偏移。顆粒計數(shù)器顆粒粒徑顆粒粒徑電壓電壓圖A.1使用外置設(shè)備（脈沖高度分析器PHA和電壓表）校準(zhǔn)粒徑如圖A.2，使用內(nèi)置脈沖高度分析器（PHA）進行粒徑校準(zhǔn)，不確定度僅與聚苯乙烯乳膠球顆粒粒 徑的不確定度有

13、關(guān)。尸顆粒計數(shù)器-一.、校準(zhǔn)顆粒（PSL） 傳感器粒徑設(shè)置 計數(shù)和顯示（顆粒粒徑）（粒徑、個數(shù)）顆粒粒徑 顆粒粒徑圖A.2使用內(nèi)置脈沖高度分析器（PHA）校準(zhǔn)粒徑A.2粒徑校準(zhǔn)的不確定度表A.1和A.2給出了一些粒徑校準(zhǔn)不確定度的示例。表A.1為使用外置PHA和電壓表進行粒徑校準(zhǔn)的 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的示例，表A.2為使用內(nèi)置PHA的粒徑校準(zhǔn)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的示例。使用內(nèi)置 PHA的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度會小于使用外置PHA的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。A.1使用外置PHA進行粒徑校準(zhǔn)的相對不確定度示例名稱標(biāo)準(zhǔn)不確定度/%聚苯乙烯乳膠球顆粒2.5脈沖高度分析器2.5電壓表0.1偏移電壓0.5校準(zhǔn)曲線1.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度3.9擴展不確定度（k=2）7.8注：校準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)不確定度就是粒徑與電壓閾值或內(nèi)置PHA通道相關(guān)的不確 定度。A.2使用內(nèi)置PHA進行粒徑校準(zhǔn)的相對不確定度示例名稱標(biāo)準(zhǔn)不確定度/%聚苯乙烯乳膠球顆粒2.5校準(zhǔn)曲線1.5合成校準(zhǔn)不確定度2.9擴展不確定度（k=2）5.8注：校準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)不確定度就是粒徑與電壓閾值或內(nèi)置PHA通道相關(guān)的不確 定度。附錄B（資料性附錄）計數(shù)效率計數(shù)效率的測試系統(tǒng)如圖B. 1所示，樣品是純水中的校準(zhǔn)顆粒，參比顆粒