【国家标准(GB)】 超细粉末粒度分布的测定 X射线小角散射法

中华人民共和国国家标准
超细粉末粒度分布的测定
X射线小角散射法
Ultrafine powder-Determination ofparticle size distribution-
Small-angle X-ray scattering method1主题内容与适用范围
本标准规定了利用×射线小角散射效应测定超细粉未粒度分布的方法GB/T 13221- 91
本标准适用于测定颗粒尺寸在1～300nm范围内的超细粉末的粒度分布，也可适用于无机、有机溶胶以及生物大分子粒度的测定。本标准不适用于颗粒形状偏离球形太远的粉末，以及有微孔存在的粉未，也不适用了由不同材质的颗粒所组成的混合粉末。
2原理
当束极细的X射线穿过超细粉未层时，经颗粒内电子的散射，就在原光束附近的极小角域内分散开来，这种现象叫做X射线小角散射。其散射强度分布与粉末的粒度分布密切相关。对于-稀疏的球形颗粒系，并考虑到仪器狭缝高度的影响，入射X射线束在角度处的散射强度为：
其中2 V+
p(r) = 3(sinz -- acosz)/±3 ;式中：R—颗粒半径；
o(R) --—
以重量为权的粒度分布函数；
@（）—球形颗粒的形象函数；
F（）一一仪器狭缝的高度权重函数；t—沿狭缝高度的角度参变量；
一入射×射线的波长；
C—综合常数。
W(R)R@(α)dR
根据所测粉末的大致粒度范围（R。～R），将其分割成n份，分割间隔随着粒度尺寸的增大而增大。取同个分布频度,代替区间R-1～R，内的分布函数段（R），这样在作（1)式的计算时即可将·，提出积分符号之外。同时，根据相应的分割间隔，近似按下面的关系式（2)确定\个合适的散射角进行散射强度测量，测得n个散射强度I（e）。国家技术监督局1991-10-05批准476
1992-06-01实施
GB/T13221—91
(i = 1,2,
IR,+ R,-
于是，可将（1)式转化为如下的n元线性方程组：(er)
其中：
(i - 1,2,....,n)
R3p()d R
（4）
在测出仪器的狭缝高度权重函数后，就可以借助于计算机用数值积分法将线性方程组的（\×\）个系数α，逐-计算出米。如此，方程组（3)的解即所要求的粒度分布频度；结合相应的粒度区间，便可绘制出粒度分布直方图。粒度的百分组成g和平均粒度万则可分别按下面的（5)式和（6)式求出：g, o,AR,/
其中:AR, = R,—R,1
( -- 1,2,*
-- 1,2,
（5）
鉴于系数矩阵的优化和散射强度的测量精度都是有限的，为了进…步改善解的稳定性，可在原系数矩阵^上加一个对角矩阵B，这时（3)式可写成下面的矩阵式：[A →nB]=1
其中;B diag(al,a22,...,an);
武中：）
一阻尼因子,03试样的制备和要求
3.1配制胶棉丙酮溶液
取无小角散射效应的胶棉和分析纯丙酮配制成浓度约为5%～10%的火棉胶丙酮溶液。3.2小角散射试片的制备
3.2.1对试片的要求如下：
待测粉末在试片中的体积浓度小于1%；待测试片的厚度控制在对所用×射线的吸收衰减率在50%～70%；粉未颗粒应分散开来、在试片的有效尺寸范围内散布较均勾；试片应平整、无裂纹，尺寸以20mm×10mm左右为宜。7
根据3.2.1的要求，参照粉未和火棉胶的比重以及它们对×射线的吸收系数，称取一量的待3.2.2
测粉末，量取一定体积的胶棉芮酮液，倒入小烧杯中。17
GB/T 13221-- 91
3.2.3将盛有七述混浊液的烧杯置入超声波粉碎器中，通过超声振荡进行分散。超击波分散的时间和条件以能使团聚的颗粒分散为宜。3.2.4将烧杯放入烘箱内的平板上，在温度为20～50C、对湿度小于50%的条件下，使粉末混浊液缓慢干燥成片。
3.3干粉试样的制备
如果某些粉未装入干粉试样器中，能满足3.2.1中a、b、c三项要求时，可不制成试片，而直接用作测试。
3.4溶胶样品的制备
溶胶样品胶凝体的体积浓度应小于1%。为了防止胶体的聚集，可以加人适当的表面活性剂。4试验仪器和设备
4.1X射线发生器及其记录系统，综合稳定度优于1%。4.2X射线小角散射测角仪。
4.3微型计算机。
4.4分析天平，感量为0.1mg。
4.5超声波粉碎器。
5试验条件的准备和试验步骤
5.1试验条件的准备
5.1.1仪器狭缝高度权重函数的测定将小角散射测角仪置于零度，升动X射线发生器并用多层滤波片将光束衰减至合适强度：沿狭缝高度方向将计数管和接收狭缝同时移动，逐点测出强度的角分布。5.1.2矩阵元α,，的计算
根据所测粉末的大致粒度范围，按照表1选取分割间隔；近似按（2)试确定相应的散射角，再引进5.1.1中的测定结果，按（4)式用数值积分法逐一计算出矩阵元α。为了节省运算时闻和进步提高矩阵的对角优化程度，当≥5时，近似用exp（粒度范围
5~~100
10~200
15～300
10～18
5.1.3对矩阵元4；的要求
有效数字不低于5位：
主对角元的平均优化度。
5.2试验步骤
)代替@(α）。
分割间隔
18～30
54~~90
tan/(a)mx
30~~48
90~~144
96～140
144~210
73～100
140-~200
210~~300
5.2.1测量前的准备
5.2.1.1接通各有关设备的电源。GB/T 13221--91
5.2.1.2待仪器性能稳定后，调整好小角散射测角仪，在加多层滤波片的条件下记下仪器的\0\点强度。
5.2.1.3置样品于样品夹上；如样品为溶胶，用注射器缓慢注入波体样品槽内，再置丁样品夹「。5.2.2强度测量
5.2.2.1按5.1.2中所要求的角度，逐点进行散射强度1.（°）的测量。对散射角：0.3°的测量点，要求总脉冲计数大于5000；般对散射角：0.3°的测量点，应在5.1.2规定的测量角之间再适当增加测量点进行散射强度测量，总脉冲计数不低于500。如上所测强度1，（s）虽主要来自样品小角散射.但也包含了由各种因素所造成的背底强度。5.2.2.2取下试样，将测角仪重新置于*0”位，然后于5.2.1.2相同的实验条件下再次测出\0”点强度，它同5.2.1.2中所测值的偏差应小于15%，否则，应从5.2.1.2开始重作。5.2.2.3将样品置于射狭缝前，取5.2.2.1中同样的角度和仪器实验条件，逐点测出仪器的背底强度1,（s），对每点的总脉冲计数可不作规定。5.2.3测量数据的处理
5.2.3.1取1（）=1.（）1（），即为样品在诸角度下的×射线小角散射强度。5.2.3.2--般对于散射角≥0.3的角域，在双对数坐标纸上以散射角为横坐标，散射强度为纵坐标；将所测数据按直线作图，对所需角度的散射强度进行修正。6结果的计算及表示
6.1结果的计算
6.1.1粒度分布频度的计算
6.1.1.1直接求解
将5.2.3中最后得到的散射强度代入线性方程组（3)的左端，借助于计算机解出相应千各粒度间隔的频度。
6.1.1.2添加阻尼因子的求解
当采用直接求解法の出现负值时，可将5.2.3中最后得到的散射强度代入（7)式对求解。6.1.2粒度百分组成的计算
根据选定的粒度间隔和求出的分布频度；按(5)式算出各粒度间隔所对应的重量百分数9。6.1.3平均粒度的计算
根据粒度分布按(6)式算出以重量为权的平均粒度D。6.2结果巢的表示
6.2.1用表格形式表示（如表2）表2
粒度间隔
分布频度c)
任意单位
重量百分数！
累积百分数
报出平均粒度，单位为nm。
6.2.2用粒度分布曲线表示
6.2.2.1直方分布图
GB/T 13221-~ 91
用直角坐标图表示，以颗粒直径为横坐标，频度为纵坐标，取表2中第栏中对应的数据，即可绘制粒度分布直方图.如图1所示。51
图】粒度分布直方图示意
6.2.2.2累积分布曲线
以颗粒直径为横坐标，以累积百分数为纵坐标，取表2中第一栏中的粒度间隔上限和第四栏中的对应累积百分数S；即可绘制出粒度累积分布曲线，如图2所示。曲线上与S50%相对应的颗粒直径叫做中位径D50n
图2粒度累积分布曲线
试验报告
试验报告应包括以下内容：
本标准编号；
试样标志；
使用仪器型号及试验条件；wwW.bzxz.Net
试验结果：
本标准未作规定的附加操作；
试验人员及日期；
可能影响试验结果的任何因素。附加说明：
GB/T 13221-- 91
本标准由中国有色金属工业总公司提出。本标准由治金工业部钢铁研究总院等单位负责起草本标准主要起草人柳春兰、张晋远、唐富强、陈岩。181
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