斯托克斯当量直径标准物质及其制备方法与流程

1.本发明属于标准物质制备技术领域，具体涉及一种斯托克斯当量直径标准物质及其制备方法。


背景技术：

2.颗粒标准物质作为颗粒测试的溯源和质量控制有效的保证了测量一致性和测量的准确性。但由于不同测试方法的测试原理不同，其测试结果不具有可比性，传统上使用颗粒的物理直径作为所有测试方法的标准物质使用，但实际检测过程中由于测试原理不同，并不能形成测量的一致性。采用不同测试方法的当量直径作为标准物质可以有效的避免测试原理造成的测量不一致。沉降法又称斯托克斯(stockes)沉降法，其测试结果应为斯托克斯当量直径。目前国际国内尚未有斯托克斯当量直径标准物质的相关报道与相关产品。


技术实现要素：

3.为此，本发明提供一种斯托克斯当量直径标准物质及其制备方法，该斯托克斯当量直径标准物质颗粒粒径分布窄，密度均匀，对沉降法测试结果的溯源性和测试一致性提供了有力的保障。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.根据本发明实施例的第一方面，提供一种斯托克斯当量直径标准物质的制备方法，所述制备方法包括：
6.将苯乙烯、二乙烯苯、过氧化苯甲酰、苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液充分混合，得混合液；
7.将所述混合液进行乳化，得乳浊液；
8.将所述乳浊液一边搅拌一边升温，固化，得第一悬浊液；
9.将所述第一悬浊液进行离心得到颗粒，之后进行清洗，加水，得第二悬浊液；
10.对所述第二悬浊液进行密度均匀化，得第三悬浊液；
11.将所述第三悬浊液烘干，得所述斯托克斯当量直径标准物质。
12.进一步地，所述苯乙烯与二乙烯苯的质量比为2-3：5-8；
13.和/或，所述过氧化苯甲酰与苯乙烯和二乙烯苯二种单体总质量的质量比为1：6-12；
14.和/或，所述苯乙烯、二乙烯苯和过氧化苯甲酰的总质量与苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液的质量比为3-6：20；
15.和/或，所述苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液的质量浓度为15％-40％；
16.和/或，所述苯乙烯马来酸酐共聚物的分子量为30000-70000。
17.进一步地，所述乳化的转速为1000-100000转/min，乳化的时间为3-10分钟。
18.进一步地，所述搅拌的速率为100-300转/min；
19.所述固化的温度为65-85℃，固化的时间为7-9小时。
20.进一步地，所述清洗具体为：用乙醇和水交替清洗2-4次。
21.进一步地，采用离心筛分机对所述第二悬浊液进行密度均匀化；其中，
22.所述离心筛分机包括旋转电机和旋转盘，所述旋转盘固定在旋转电机上，所述旋转盘呈圆形，所述旋转盘的上表面径向设置有卡槽，所述卡槽用于固定盛放所述第二悬浊液的离心瓶，所述离心瓶的两端分别设有前出液口和后出液口，所述后出液口与旋转盘边缘对齐。
23.进一步地，所述离分筛分机的转速为400-4000转/min，单次离心时间为1-10分钟，采用前后交替排液的方法进行密度均匀筛分。
24.进一步地，所述烘干的温度为50-70℃。
25.根据本发明实施例的第二方面，提供一种斯托克斯当量直径标准物质，由如上任一项所述的方法制得。
26.进一步地，所述斯托克斯当量直径标准物质的粒径为1-60微米；密度为1.04-1.07g/cm3；几何标准偏差≤1.15；球形度》0.95。
27.本发明具有如下优点：
28.(1)本发明以苯乙烯和二乙烯苯为单体；过氧化苯甲酰为引发剂；苯乙烯马来酸酐共聚物为分散剂，水为溶剂，采用悬浮聚合法升温固化成聚苯乙烯-二乙烯苯共聚物，之后进行筛分分离，制得的物质具有颗粒粒径分布窄，球形度高，密度均匀的特点，可作为斯托克斯当量直径标准物质，为沉降法颗粒粒度测试提供溯源和测量结果质量控制。
29.(2)本发明的斯托克斯当量直径标准物质的平均密度为1.04-1.07g/cm3，略大于水，适用于沉降法测试，沉降速度慢，精确度高。
30.(3)本发明的斯托克斯当量直径标准物质具有良好的密度均匀性，粒径均匀性并且颗粒粒径分布窄(几何标准偏差≤1.15)，球形度高(长宽比》0.95)，能够有效的提供量值准确定。
31.(4)本发明的斯托克斯当量直径颗粒标准物质具有良好的稳定性，其材料粒径不受温度湿度等因素影响，可置于纯水中长期保存。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
33.图1为本发明提供的斯托克斯当量直径颗粒标准物质的制备方法流程图；
34.图2为本发明提供的离心筛分机的结构示意图；
35.图3为本发明实施例1提供的颗粒典型分布状态图；
36.图4为本发明实施例1提供的颗粒典型显微镜照片；
37.图5为本发明实施例2提供的颗粒典型分布状态图；
38.图6为本发明实施例2提供的颗粒典型显微镜照片；
39.图7为本发明实施例3提供的颗粒典型分布状态图；
40.图8为本发明实施例3提供的颗粒典型显微镜照片。
具体实施方式
41.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.本发明所述颗粒分布及几何标准偏差测试由激光粒度仪(型号lt3600plus，真理光学)进行检测。
43.本发明所述颗粒长宽比小于10微米颗粒由貌利用场发射扫描电子显微镜(型号s4800，日立hitachi)进行测量；大于10微米颗粒由光学显微镜(型号bx53，奥林巴斯olympus)。
44.本发明所述颗粒密度由排水法检测。
45.参见图1，本发明所述斯托克斯当量直径标准物质的制备方法包括如下步骤：
46.s100、苯乙烯单体，二乙烯苯，过氧化苯甲酰，苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液，按比例加入水中充分混合；其中苯乙烯单体与二乙烯苯单体的比例为2-3：5-8；过氧化苯甲酰与苯乙烯和二乙烯苯二种单体总质量的质量比为1：6-12；苯乙烯、二乙烯苯和过氧化苯甲酰的总质量与苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液的质量比为3-6：20；苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液的质量浓度为15％-40％；苯乙烯马来酸酐共聚物的分子量为30000-70000。
47.s200、将s100所得混合液乳化成乳浊液；其中，乳化的转速为1000-10000转/min，乳化的时间为3-10分钟。
48.s300、将s200所得乳浊液一边搅拌一边升温，固化，得第一悬浊液；其中，搅拌的速率为100-300转/min；固化的温度为65-85℃，固化的时间为7-9小时。
49.s400、将s300所得第一悬浊液离心分离出颗粒，采用乙醇和水交替清洗，各清洗三遍，最终加入水制成第二悬浊液。
50.s500、采用离心筛分机将s400制备好的第二悬浊液进行密度均匀筛分离；其中，参考图2，离心筛分机包括旋转电机和旋转盘，旋转盘固定在旋转电机上，旋转盘呈圆形，旋转盘的上表面径向设置有卡槽(图中未示出)，卡槽用于固定盛放有悬浊液的离心瓶，离心瓶的两端分别设有前出液口和后出液口，后出液口与旋转盘边缘对齐。
51.离心筛分机的转速为400-4000转/min，单次离心时间为1-10分钟，采用前后交替排液的方法进行密度均匀筛分。
52.s600、将s500所得第三悬浊液烘干制成固体颗粒；其中，烘干的温度为50-70℃。
53.实施例1斯托克斯当量直径为1.4微米的颗粒标准物质
54.斯托克斯当量直径为1.4微米的颗粒标准物质：粒径为1.367微米，粒径分布几何标准偏差为1.12，球形度长宽比为0.96；平均密度为1.046g/cm3。
55.上述托克斯当量直径标准物质的制备方法包括以下步骤：
56.1)将11g苯乙烯，22g二乙烯苯，3.3g过氧化苯甲酰混合搅拌，直至全部溶解，得混合油相；将35g苯乙烯马来酸酐共聚物(分子量为30000)与175ml水混合搅拌，直到全部溶解，得苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液；将混合油相和苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液混合，得混合液。
57.2)将上述混合液用高速剪切乳化机于转速10000转/min下乳化8分钟，使混合液乳
化成乳浊液。
58.3)将乳化好的乳浊液加入到三口瓶中，在300转/min的搅拌条件下，升温至80℃，保温8小时，乳浊液固化成悬浊液。
59.4)将固化好的悬浊液，放入离心机中离心，转速8000/min，离心10分钟。倒掉上清液，加入乙醇，摇匀重复离心步骤；再倒掉上清液加入纯水摇匀再离心分离，重复3次，最后一次悬浊液为水溶液。
60.5)将悬浊液注入离心瓶中，放在旋转盘上，设置转速为1000转/min。离心3分钟；从离心瓶的前出液口放出前三分之一体积的液体，补满水摇匀；设置转速为3500转/min，离心3分钟；从离心瓶的后出液口放出后三分之一体积的液体，补满水摇匀。重复上述操作3次以达到密度均匀化的目的。
61.6)将均匀好的悬浊液于60℃烘干制成固体颗粒。
62.表1为颗粒密度均匀性试验数据表，图3为颗粒典型分布状态图，图4为颗粒典型显微镜照片。
63.表1
[0064][0065]
实施例2斯托克斯当量直径为24.9微米的颗粒标准物质
[0066]
斯托克斯当量直径标称值为24.3微米的颗粒标准物质：颗粒粒径24.305微米，粒径分布几何标准偏差为1.11，球形度长宽比为0.97；平均密度为1.042g/cm3。
[0067]
上述托克斯当量直径标准物质的制备方法包括以下步骤：
[0068]
1)将11g苯乙烯，30g二乙烯基苯，4g过氧化苯甲酰混合搅拌，直至全部溶解，得混合油相；将30g苯乙烯马来酸酐共聚物(分子量为60000)与175ml水混合搅拌，直到全部溶解，得苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液；将混合油相和苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液混合，得混合液。
[0069]
2)将上述混合液用高速剪切乳化机于转速8000/min下乳化10分钟，使混合液乳化成乳浊液。
[0070]
3)将乳化好的乳浊液加入到三口瓶中，在250转/min的搅拌条件下，升温至70℃，保温8小时，乳浊液固化成悬浊液。
[0071]
4)将固化好的悬浊液，放入离心机中离心，转速4000转/min，离心10分钟。倒掉上清液，加入乙醇，摇匀重复离心步骤；在倒掉上清液加入纯水摇匀再离心分离，重复3次，最后一次悬浊液为水溶液。
[0072]
5)随后将悬浊液注入离心瓶中，放在旋转盘上，设置转速为400转/min。离心5分钟；从离心瓶的前出液口放出前三分之一液体，补满水摇匀；设置转速为2000转/min，离心3分钟；从离心瓶的后出液口放出后三分之一体积的液体，补满水摇匀。重复上述操作3次，达到密度均匀化的目的。
[0073]
6)将均匀好的悬浊液于60℃烘干制成固体颗粒。
[0074]
表2为颗粒密度均匀性试验数据表，图5为颗粒典型分布状态图，图6为颗粒典型显微镜照片。
[0075]
表2
[0076][0077]
实施例3斯托克斯当量直径为51.2微米的颗粒标准物质
[0078]
斯托克斯当量直径标称值为51.2微米的颗粒标准物质：颗粒粒径51.189微米，粒径分布几何标准偏差为1.13，球形度长宽比为0.96；平均密度为1.031g/cm3。
[0079]
上述托克斯当量直径标准物质的制备方法包括以下步骤：
[0080]
1)将10g苯乙烯，40g二乙烯基苯，4.5g过氧化苯甲酰混合搅拌，直至全部溶解，得混合油相；加入30g苯乙烯马来酸酐共聚物(分子量为60000)与175ml水混合搅拌，直到全部溶解，得苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液；将混合油相和苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液混合，得混合液。
[0081]
2)将上述混合液用高速剪切乳化机于转速4000转/min下乳化10分钟，使混合液乳化成乳浊液。
[0082]
3)将乳化好的乳浊液加入到三口瓶中，在200转/min的搅拌条件下，升温至65℃，保温9小时，乳浊液固化成悬浊液。
[0083]
4)将固化好的悬浊液，放入离心机中离心，转速2k/min，离心10分钟。倒掉上清液，加入乙醇，摇匀重复离心步骤；再倒掉上清液加入纯水摇匀再离心分离，重复3次，最后一次悬浊液为水溶液。
[0084]
5)将悬浊液注入离心瓶中，放在旋转盘上，设置转速为200转/min。离心8分钟；从离心瓶的前出液口放出前三分之一液体，补满水摇匀；设置转速为800转/min，离心2分钟；从离心瓶后出液口放出后三分之一液体，补满水摇匀。重复上述操作3次以达到密度均匀化的目的。
[0085]
6)将均匀好的悬浊液于60℃烘干制成固体颗粒。
[0086]
表3为颗粒密度均匀性试验数据表，图7为颗粒典型分布状态图，图8为颗粒典型显微镜照片。
[0087]
表3
[0088][0089]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。