ISO 18747-2:2019
Определение плотности частиц методами седиментации. Часть 2. Многоскоростной подход.

Стандартный №

ISO 18747-2:2019

Дата публикации

2019

Разместил

International Organization for Standardization (ISO)

Последняя версия

ISO 18747-2:2019

сфера применения

Стандарт ISO 18747-2:2019 описывает технический метод определения плотности твердых частиц или капель в непрерывной жидкой фазе in situ методом многоскоростной седиментации. Этот метод, основанный на законе Стокса, позволяет рассчитать истинную плотность путем измерения скорости осаждения/подъёма частиц в жидкостях различной плотности.

---

Технические принципы и вывод формул

Стандарт использует улучшенное уравнение Стокса для расчета плотности через скорость миграции частиц как минимум в двух жидкостях с различной плотностью:

Параметр	Физическое значение	Единица
ρP	Плотность частиц (включая поры и адсорбционный слой)	кг/м³
v1,v2	Скорость миграции в различных жидкостях	мкм/с
η1,η2	Динамическая вязкость жидкости	мПа·с

Основная формула расчета:
ρ_P = (v₁η₁ρ_L,2 - v₂η₂ρ_L,1)/(v₁η₁ - v₂η₂)

---

Основные экспериментальные требования

Принципы выбора жидкости

• Рекомендуется система H₂O/D₂O: схожие химические свойства, но значительная разница в плотности
• Можно использовать смешанные системы, такие как раствор сахарозы и водно-глицериновый раствор
• Предупреждение: Избегайте растворителей, которые вызывают набухание/усадку частиц

Советы по подготовке образцов

1. Объемная концентрация должна быть <0,5%, чтобы предотвратить эффект затрудненного осаждения
2. Выполняйте диспергирование в соответствии с ISO 14887
3. Тщательно смочите частицы, чтобы избежать прилипания пузырьков воздуха

---

Сравнение технологий измерений

Тип технологии	Разрешение	Применимый диапазон размеров частиц	Требования к контролю температуры
Гравитационная седиментация	±2%	1–100 мкм	±0,5℃
Аналитическое центрифугирование	±0,5%	10 нм–10 мкм	±0,1℃
Технология пространственного разрешения	±0,1%	1 нм–1 мм	±0,05℃

---

Модель анализа неопределенности

Стандарт дает полную формулу распространения ошибки (Формула 4), учитывающую следующие влияющие факторы:

Основные источники ошибки:
1. Ошибка позиционирования поверхности жидкости (типичное значение ±100 мкм)
2. Ошибка измерения плотности жидкости (±1 кг/м³)
3. Ошибка измерения вязкости (±0,002 мПа·с)
4. Колебание температуры (должно контролироваться в пределах ±0,1℃)

Если взять в качестве примера эмульсию PDMS, расширенная неопределенность составит U=3,72 кг/м³ (k=2)

---

Стандартный пример применения

Случай 1: Измерение плотности эмульсии силиконового масла

Используя систему смеси H₂O/D₂O (соотношение от 1:0 до 0:1), с помощью аналитической оптической центрифуги были получены следующие результаты: Средняя плотность: 968,3 кг/м³ (25 °C)
Стандартная неопределенность: 0,34 кг/м³ (0,31%)

Случай 2: Монодисперсные частицы PS

Измерение в растворах с различными концентрациями сахарозы (0-28,9%):
Измеренное значение: 1053,4 кг/м³
Отклонение от литературного значения: <0,2%

---

Рекомендации по внедрению

1. Предпочтительно использовать пары жидкостей с разницей в плотности >50 кг/м³
2. Для проверки рекомендуется использовать комбинацию из более чем трех жидкостей
3. Для наночастиц рекомендуемое центробежное ускорение составляет >2000 g
4. Температурный коэффициент вязкости жидкости необходимо измерять одновременно