GB T 13221-2004 纳米粉末粒度分布的测定 X 射线小角散射法.pdf

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1、G/T 13221 2004 代替GB/T13221-1991 ICS 19. 120 N 78 华F. A二吐./、去Nanometer powder Determination of particle size distribution一Small angle X-ray scattering method X (ISO/TS 13762:2001.Particle size analysis Small angle X-ray scattering method. MOD) 2005-04-01实施2004喃09-29发布发布中华人民共和国国家质量监督检验检夜总局中国国家标准化管理委员会

2、GB/T 13221-2004 ., 目U本标准修改采用ISO/TS13762，2001(粒度分析X射线小角散射法儿本标准代替GB/T13221-1991(超细粉末粒度分布的测定X射线小角散射法儿本标准在附录A中列出了本标准条款和国际标准条款的对照一览表。本标准在采用国际标准时进行了修改，在附录B中给出了技术性差异及其原因的一览表。本标准的附录A、附录B为资料性附录。本标准由中国有色金属工业协会提出。本标准由全国有色金属标准化技术委员会Q，.川以及到某一粒度级的累积值Q3，j以体积为权重的平均粒径7Ev，累积体积分布中位径Xsov，粒度分布的散度鸟，便可以分别按下面的(5)，(6)，(7)，(

3、8) , (9) , (10)式计算出来。2 忌，=，1艺创ItX.(j = 1，2.，的. ( 5 ) tQ,.j =可vtxjX100%Q3 ,j = 2.: Q3，- 。=1.2，的. . . ( 6 ) (j = 1，2，川.( 7 ) Xv = L:.Q3，j(Xj-l十Xj)/2.( 8 ) GB/T 13221-2004 X肌v= Xj I吨，250%. ( 9 ) Sv二(主问1+句)瓦rt,Q ,j )川. ( 10 ) 鉴于系数矩阵的优化和散射强度的测量精度都是有限的，为了进一步改善求解的稳定性，可在原系数矩阵A上加一个对角矩阵B.这时(3)式可以写成下面的矩阵式2其中:A

4、=aij) Jl x,; 5 5, 1 B=diag(al1 ,a22 ,a,); n一一阻尼因子.00.3;=(1 .2 .，) ; I=(lpI, ., 1) , 试样的制备和要求配制火棉胶丙翻溶液(A+守B)=1.( 11 ) 取无小角散射效应的火棉胶和分析纯丙翻配制成浓度约为50g/L-100 g/L的火棉胶丙酣溶液.5, 2 小角散射试片的制备5.2. 1 对试片的要求如下a)待测粉末在试片中的体积分数小于3%;b)待测试片的厚度控制在对所用X射线的吸收衰减率在50%-70%; 0粉末颗粒应分散开来，在试片测试的有效尺寸范围内散布较均匀，d)试片应平整、无裂纹，尺寸视仪器的要求而定，

5、一般在20mmX10 mm左右。5.2, 2 根据5.2. 1的要求，参照粉末和火棉胶的比重以及它们对X射线的吸收系数，称取一定量的待测粉末，最取一定体积的火棉胶丙酣溶液，倒入小烧杯中。5, 2.3 将盛有上述悬浊液的烧杯置入超声波分散器中，通过超声振荡进行分散.超声波分散的时间和条件以能使团聚的颗粒尽可能分散为宜，否则，将会导致不同的颗粒散射线之间的干涉，而使测试结果偏低。5, 2.4 将烧杯放入烘箱内的平板上，在温度为20C-50C、相对湿度小于50%的条件下，使粉末混浊液缓慢干燥成片。5.3 粉末干样的制备如果某些粉末装入干粉试样器中，能满足5.2, 1中的a、b，c三项要求时，可不制成

6、试片，而直接用于测试。5, 4 溶胶样品的制备溶胶样品中悬浊体的体积浓度应小于3%。为了防止它们的聚集，可以加入适当的表面活性剂。6 测试仪器和设备6. 1 X射线发生器、探测器及其记录系统，综合稳定度优于1%.探测器计数率的线性范围应满足小角散射粒度分布测定的要求。6, 2 X射线小角散射测角仪，或对原光束可作进一步准直的广角测角仪，以人射光束不干扰小角散射的l!tl量为准。6, 3 微型计算机。6.4 分析天平，感量为0.1mg. 3 50 mL的平底烧杯。超声波分散器.GB/T 13221一20046.6 6.5 测试条件的准备和测试步骤7 测试条件的准备实验室的温度应控制在15C25C

7、范回内，相对湿度小于70%。7. 1. 2 仪器狭缝高度权宣函数的测定将小角散射测角仪置于零度，开动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t;lt同时移动.逐点到出房、光束沿高度方向的强度分布函数，并进一步拟合出F(t)的解析表达式。矩阵元冉的计算a)粒度问限的分割:在1nm300 nm范tf;/内进行分割时.分割问Nt随粒度的增大而增大，推荐取1 5 .5-10 .10-18 .18-36 .36-60. 6096. 96-140. 140 200 , 200-300( nm)9个级别。经初步测定后，如果样品的粒度分布仅f存在某-E小的尺寸范囚.1J1

8、IJ可以舍弃其他，而将这一区间的分布进一步细化，例如，当粒度分布仅落在5nm-l00 nm范围时，其分别间隔可以取为:5-8.8-12.12-18.7. 1 7.1. 1 7. 1. 3 18-26，26-3日.36-50.5070，70100(nm). b)放射角的确定3相应于上述粒度间隔，按照(2)式算出各放射角，并根拟测试所可能达到的角度将度取驳，是小散射开i要根据仪!所能达到的政小测试角而定。c)内的计算z相应于7.1.3a)巾所确定的粒度问附和7.1.3b)巾所限定的散射角，并引进巾7.1. 2 所得出的狭经r.度权最函数F(t) 按(4 )式用数值积分法逐一计算出矩阵元鸟，为了节省

9、运算时间和进一步提高矩阵的对角优化程度，当?-:fl时，可近似用exp(-/5)代替2()。应当指出的是易实现，为了使用更强些的散射信息，通常可将后大放射角取得;):(2)式的计H且更小些。对矩阵元GH的要求a)计算粘度优于10-vb)主对角元的平均优化反为:7. 1. 4 飞乒川二-Q 测试步骤测量前的准备7.2. 1. 1 接迎各有关设备的电源。7.2. 1. 2 待仪器性能稳定后，按有关仪器说明书，调整好小角放射测角仪，于测试样品时，同样的负荷条件下，加上多层滤波片，记下仪器的.0点强度。7. 2. 1. 3 1I样品于样品夹上，Il样品为济肢，用注身nm缓慢注入液体样品梢内，再置于样品

10、夫上。7.2.2 强度测量7.2.2.1 按7.1.3b)中所要求的角度.i!f点进行散射强度l，(，)的测量。-1ft大角域散射强度较弱，可通过适当延长计数时间，或于同-Ei测定多次取平均值的方法以保证测量数据的粘度。如上所.强度l.何)虽主要来自样品的小角散射，但也包含了由各种因素所造成的背底强度。7.2.2.2 取下试样.斗非洲角仪重新咒于0位，然后于7.2.1.2中相同的实验条件下再次测出0位强度，它问7.2.1.2中所测值的偏差应小于15%.否则，应从7.2.1.2开始重做。将样品置于人射11(;绞前，取7.2.2.1中同样的角度和l仪器实验条刊，逐点测出仪器的背底sffin 7.2

11、 7. 2. 1 7.2.2.3 4 一一一一一一-GB/T 13221-24 度h(肘，对每点的总脉冲计数可不作规定，但对大角域下的背底强度应取多次测量的平均值.7.2.2. 4 对于溶胶样品，鉴于母液也有散射效应，样品的散射背底应按下面的规定进行测定a)将不含悬浊体的母液注入样品槽，置于样品夹上，按7.2.2.1中同样的角度和实验条件，逐点测出母液等的散射强度lL(.;)。b)将测角仪置于0位，加上多层滤波片，记下透射强度Ic(0);取下母液样品，再插上所测定溶胶样品，记下其透射强度Is(O)，取k=ls(O)/Ic(O) 。在各散射角下溶胶样品的背底为h(民)=是lL(.，) 7.2.3

12、 测量数据的处理取1(=1.(，)一h(;)，即为样品在诸角度下的X射线小角散射强度。7.3 说明上述测量步骤适合目前大多数的仪器情况，即采用线性X射线源和计数管探测器，通过定点计数来测量小角散射强度的方法。对于采用点X射线源及二维探测器的仪器，上述的算法仍然有效，只是原光束的强度分布函数及散射强度的测量，应根据实际情况作相应的变化。B 结果的计算和表示8. 1 结果的计算8. 1. 1 各区问粒度分布函数均值的计算8. 1. 1. 1 直接求解将7.2. 3中是后得到的散射强度代人线性方程组(3)的左端，借助于计算机解出相应于各粒度间隔的。8. 1.1. 2 添加阻尼因子的求解当采用直接求解

13、法求得的出现负值时，如测量无误，可将7.2. 3中最后得到的散射强度代人(11)式对求解。8. 1. 2 粒度分布频度、体积分数及其累积值的计算根据选定的粒度间隔和求出的分布函数叫，分别按(5)、(6)、(7)式计算出各粒度间隔所对应的分布频皮毛j，体积分数l:lQ，.j以及由x，至冉的累积值Q3.川8. 1. 3 平均粒度和分布散度的计算参照ISO9276-2，根据粒度分布，分别按(8)、(9)、(O)式算出以体积为权的平均粒度7Ev，中位径X凹.V和分布散度Sv.8.2 结果的表示粒度分析结果的表述可以采用列表法和图示法，见ISO9276-1。8. 2. 1 用表格形式表示，见表1.表1颗

14、拉间隔(nm) x-x X) -xz Xj -Xj X ,_I -X 分布频率可3C%/nm) 可，.，可可，.， 可，体积分数QC%) 6.Q3 , 1 lQ,., AQl,j 6.Q3. 罩积体积分数也( %) lQ,., AQ3 ,1 + .Q3 ,Z L: lQ，矗 100 平均粒度Xv=n町1中位粒径Xso，v= nm 分布散度Sv=n1 5 用粒皮分布曲线表示8.2.2.1 直方分布图用直角坐标图表示，以颗粒直径为核坐标，频度可为纵坐标，取表1中第一栏和第二栏中对应的数据，即可绘制粒度分布直方图，如图l所示。1. 09 g z e e GB/T 13221-2004 8.2.2 0

15、.54 300 x/nm 240 粒度分布直方示意图180 120 60 图1。8.2.2.2 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1中第一栏中的粒度间隔的上限和第四栏中的对应累积百分数Q，即可绘制出累积粒度分布曲线，如图2所示。曲线上与Q=50%对应的颗粒直径0 0 1 汉割舍恒犀圄75 叫做中位径XsoVO50 0 0 25 250 300 x/nm 粒度累积分布曲线示意图200 150 100 Xso. v 50 因2验证9 为了保证测试结果的可靠性和重复性，应对仪器的性能和操作方法定期进行校核。本标准推荐采用粒度分布已定值的纳米粉末标样或经反复测定过粒度分布的特定

16、样品进行试验验证，其中位径偏差应控制在10%以内。10 报告测试报告至少应包括以下内容za)本标准编号;b)试样代号和标志$0送样单位和人员;d)使用仪器型号及实验条件，e)测试结果;f)本测试未作规定的附加操作;g)测试人员及日期ph)可能影响测试结果的任何因素。 G/T 13221-2004 7 -一一一FG/T 13221-2004 附录A(资料性附录)本标准章条编号与ISO/TS13762，21章条编号对照表人1给出了本标准章条编号与ISO/TS，13762，2001章条编号对照一览表。表A.1 本标准章条编号对应的国际标准京条编号1 1 2 2 3 3 4 4 5. 1 5. 1 5

17、.2.1 5. 2. 1 5.2.2 5. 2. 3 5. 2. 4 5. 2. 2 5.3 5. 3 5. 4 5.4 6.1-6.6 6及附录C7. 1. 1 7. 1. 2-7. 1. 4 附录A.附录B7.2. 1. 1-7.2. 1. 3 7.1-7.4 7.2.2.1-7.2.2.3 7.5-7.7 7.2.2.4 7.2.3 7. 8 7. 3 附录C8. 1.1. 1-8. 1. 1. 2 8. 1. 1 8. 1. 2 8. 1. 2 8. 1. 3 8. 1. 3 8.2.1 8. 2. 1 8.2.2.1-8.2.2.2 8.2.2.1-8.2.2.2 9 9 10 10

18、 一一一一-一一一一一一一8 GB/T 13221一2004附录B (资料性附录)本部分与ISO/TS13762:2001技术性差异及其原因表且1给出了本部分与ISO/TS13762:2001的技术性差异及其原因的一览表。表B.1 本部分的章条编号技术性差异原因标题将ISO!TS13762中的超细粉末改为纳米因为在尺度上超细粉末不够确切，而小角散粉末。射仅适用于1至数百nm粒度的测定.l 将ISO!TS13762中本方法不适用于颗粒等效球直径在ISO9276中有明确的定义，已形状偏离球形太远的粉末g以及有微孔存在广为采用.当骨架的尺寸大于O.5m时，的粉末.改为当粉末颗拉形状偏离球形它的散射已

19、基本上不干扰对处于纳米级的时.本方法给出的为等效散射球直径s一般孔径分布的求解s并对其进行了专门的实验也不适用于有微孔存在的粉末，但当微孔尺验证.寸为纳米级而颗位(或骨架)尺寸在O.5m 以上时.可以用来测定相应的孔径分布.4 增加了中位径Xv和分布散度Sv项目及实用上有必要，对于这两个参数ISO9276中相应的表达式.有明确的定义.5. 2. la 将体积浓度小于1%修改为体积浓度小为了提高散射强度的测量精度。于3%飞6. 1 增加z探测器汁数率的线性范围应满足小角因为有的样品在不同角度下的散射强度可散射粒度分布测定的要求.能相差在5个量级以上.6. 2 增加z或对原光束可作进一步准宜的广角

20、测鉴于现代X射线衍射仪的精度提高.实验表角仪，以人射光束不干扰小f(ji世射测量明，不难将其光路改造成在一定程度上满足为准。小角散射测量的要求.7. 1. 27. 1. 4 ISO!TS 13762中的附录A和附录B的内因为这两部分相当重要且并不繁琐，这样编容，相应于本标准正文7.1.27.1. 4. 排改善了本标准的整体性.7.2.2.4 增加了7.2.2.4的全部内容.这一章条是关于溶胶样品散射背底的测量，ISO!TS 13762忽略了.应补上.7.3 t曹加了7.3的全部内容。适应近年来X射线分析仪器发展的结要.删除了ISO!TS193762附录C.附录D.附录因这些都是资料性附录。附录

21、C的主要内E. 容己更具体的包括在本标准的6.2和7.3 中g附录D为同一批粉末试样，经3个X射线实验室测定结果的统计分析，这在本标准的编制说明附录七中有更加详细的验证和分析s附录E已发表在.Materials Character-ization 44，435，2000，并作为本标准的参考文献【2J.9 寸CON-t户NN问户同白。国华人民共和国家标准纳米粉末粒度分布的测定X射线小角散射法GB/T 13221-2004 中句坠中国标准出版社出版发行北京卫兴门外三旦河北街16号邮政编码，10口45网址电话，6852394自68517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经的唱段印张1字数19千字2005年l月第一次印刷开本880XI2301/16 2005年1月第一版睡如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话，(010) 68533533