
光学参数在粒度测试中扮演着关键角色,具体包含颗粒折射率、颗粒吸收率(需人工设定)以及分散剂的折射率这三项核心光学指标。这三项指标会直接左右粒度测试的结果,详细设定可参考我们先前撰写的文章《粒度测定中光学参数对结果的影响》。该文章对粒度测定中光学参数对结果的影响进行了阐述。
我们将分析分为三个部分进行说明。以图像中标注的数字为指引。
第一个部分是光学参数。通过分散剂的名称可以判断出所采用的是水法、油法还是干法测定。在本例中,由于分散剂是水,我们可以知道采用的是水法测定,而水的折射率为1.330。
第二个部分是计算模型的选择。本次选用的是Mie散射模型搭配通用分析模型,这套组合适用于绝大多数有机和无机粉体的粒度测定。
第三个部分是残差与遮光度的评估。这两个参数是用来初步判断测试数据是否可靠的。
首先是加权残差,行业内的通用合格标准是小于1%,最好不要超过2%(或仪器厂商给出的阈值)。在本次测试中,加权残差为0.61%,这说明理论拟合曲线和实测散射信号匹配度极高,拟合效果优秀,数据基本是可靠的。
其次是激光遮光度,它代表了进样浓度。在湿法测定中,适宜的遮光度范围一般在10%到20%之间。本次测试的遮光度为18.6%,浓度适中,避免了因浓度过高而发生多重散射或因浓度过低而导致信噪比不足的问题。
接下来是关于结果的详细解读。结果部分从上到下分为五个区域,具体内容如下:
首先是浓度,其值为0.0048%。浓度是指悬浮液中颗粒体积占液体总体积的百分比,它是通过将遮光度代入朗伯-比尔公式,并结合颗粒的光学参数换算后得到的理论体积百分比。遮光度是原始的实测值,而浓度则是二次计算值。
其次是径距(Span)和一致性(Uniformity)。
径距(Span)的值为1.581。对于从事原料药研发的专业人士来说,如果Span超过3.5,就需要特别注意。之前有其他公众号同仁分享过相关案例,审评老师要求将该参数列入粒度的控制项,这意味着审评不仅关注粒度的结果,还关注是否存在过小和过大的颗粒。这也意味着对粒度工艺的水平要求更高。工艺和方法确实需要相互配合。
一致性(Uniformity)的值为0.484。这是马尔文配套的Span均一性评价参数,用来衡量所有颗粒与中值的绝对偏差。与Span的趋势相对应,如表中所示。
关于比表面积、D[3,2]和D[4,3]。
比表面积的值为1921 m²/kg。这个数值是通过本次测试的D[3,2]数值加上物料的密度,然后通过球形颗粒理论公式推算出来的,并不是通过氮气吸附BET实测的真实比表面积。
D[3,2]的值为2.02 μm,它是表面积平均径。
D[4,3]的值为2.92 μm,它是体积平均径。
我们的目标是缩小D[3,2]与D[4,3]的差值。这两个数值越接近,代表粒度分布越均匀、理想。
最后是Dv系列体积百分位(从小到大累计体积分界)。
需要明确一个核心前提,激光衍射法测量的粒度分布,默认是体积分布,而不是个数分布!
举个例子:假设一筐水果中有200个李子和1个西瓜。按体积分布,西瓜占这一筐水果的大部分体积;按个数分布,李子的个数占大多数,西瓜可以忽略不计。
简单来说,激光衍射法不是看颗粒的数量,而是看这些颗粒累计占了多少体积。只要记住这一点,后面理解起来就不会那么复杂了。
在粒度测定时,通常会采用电镜或者显微镜辅助检测。如果用电镜把每一颗粒子单独挑出来,按直径从小到大排成一列,逐个累加体积:
累加到总颗粒体积的10%时,当前这一颗的直径就是Dv10。
累加到100%时,最后、直径最大那一颗的直径就是Dv100。
如下面这个示意图所示:
这个逻辑只适用于逐个观测单颗粒的设备,如光学显微镜、电镜。
这是理想离散场景,颗粒是一个个独立实体,体积是分段跳跃式累加,10%分界会精准落在某一颗实物颗粒的直径上。
而激光粒度连续拟合场景下(马尔文粒度仪),激光粒度仪没有逐个抓取颗粒,而是通过散射信号拟合出连续平滑曲线(S型曲线,逐渐上升),所以这个分界粒径是曲线推算值,不一定真实存在刚好这个直径的颗粒。(示意图如下)
最后是区间体积占比,括号内为区间分隔,0~2、2~4、0~10μm。