pH 值在粒度分析中的重要性

在許多工業(yè)和研究領(lǐng)域，確定分散體的粒度是實驗室分析的基本過程。根據(jù)應(yīng)用情況所研究的材料的粒度可影響最終產(chǎn)品的物理化學(xué)、生物或感官特性。除了評估合適的工藝參數(shù)及準(zhǔn)確抽取樣本外，樣本的分散程度亦是影響測量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素。特別是在濕分散的情況下，改變各種參數(shù)的影響，如pH值，可以戰(zhàn)略性地用來提高質(zhì)量。

pH值與最佳的濕分散的關(guān)系

在簡單的情況下，樣品在濕分析過程中的均勻化和去團聚是可以通過封閉液體回路中的懸浮液或乳狀液的泵送運動來實現(xiàn)。此外，表面活性劑提供了固-液相界面能的降低，或者用超聲波處理提供了額外的能量輸入，這誤導(dǎo)了人們對分散體的所謂的最終分散狀態(tài)的認(rèn)知。除了溫度外，濕分散體的穩(wěn)定性還取決于pH值。這意味著，由于凝塊的形成，在研究中的懸浮液或乳狀液的不同pH值下，顆粒大小的分布可能有很大差異。除了凝聚物的形成或溶解之外，pH值還可能會影響沉降物的下沉速率或分散體的溶解度。

以牛奶為例，粒徑分布對乳液pH值的依賴性

酸奶是日常生活中常見的一種現(xiàn)象。乳酸菌會逐漸分解凝結(jié)在牛奶中的乳糖和酪蛋白。絮凝作用變得可見。這種牛奶蛋白質(zhì)凝固過程可以通過人工降低牛奶的 pH 值來實現(xiàn)，例如通過添加檸檬酸。圖1顯示了粒徑分布對乳液pH值的明顯關(guān)系。假設(shè)pH值為pH=7.07, d50值為0.583um的單峰粒徑分布(d50：總樣品體積的50%的粒徑小于或等于該值)，由于pH值持續(xù)降低至pH=2.53, 觀察到絮凝增加，這反映在顆粒大小的雙峰分布和相應(yīng)的 d50值為60.435 um。因此，盡可能精確地檢測pH值至關(guān)重要，因為即使在百分之一范圍內(nèi)的變化也會導(dǎo)致粒度分布的顯著變化。從邏輯上講，額外的 pH值監(jiān)測有利于檢測許多其他基于蛋白質(zhì)的樣品粒度，例如來自食品和制藥部門的樣品

圖 1：以牛奶為例，粒度分布對乳液 pH 值的依賴性。隨著 pH 值的降低，團聚顆粒的比例增加。然后用帶有 pH 模塊的ANALYSETTE 22 NeXT進行測量。

以速凝水泥為例，探討pH值與分散性之間的相關(guān)性

除了在 pH 臨界樣品的情況下監(jiān)測 pH 值或始終保持相同的環(huán)境條件以保證質(zhì)量外，pH 值還可用于得出關(guān)于未分散(即仍團聚)顆粒程度的結(jié)論。圖 2 顯示了速凝水泥的粒度分布，一方面是直接加入分散池后，另一方面是以 50 W 的功率進行 60 s 超聲波處理后，用于使顆粒解聚。在超聲波處理過程中，d50 值由36.029 um降至 35.237 um。

圖 2：使用速凝水泥進行超聲波處理前后粒度分布的比較。pH 值從 pH=10.99 上升到 pH=11.30。然后用帶有pH模塊的ANALYSETTE 22 NeXT進行測量。

在同一時期，pH 值從10.99增加到11.30，這表明這兩個參數(shù)之間存在直接相關(guān)性。應(yīng)該注意的是，除了解解離過程之外，還會發(fā)生其他化學(xué)轉(zhuǎn)化，這些化學(xué)轉(zhuǎn)化會引發(fā)水泥的硬化，影響顆粒尺寸，從而對pH 值產(chǎn)生影響。

pH值測量對粒徑測定具有重要價值

通過兩個應(yīng)用實例表明，粒度測量不僅需要對分散體的溫度進行監(jiān)測，而且需要對pH值進行專門的監(jiān)測和控制。結(jié)果表明，對于某些懸浮液和乳液，pH值和粒度分布直接相關(guān)。此外，在分散的樣品中，觀察pH 值的變化可以作為分析樣品體積內(nèi)非最終分散相的指標(biāo)。FRITSCH 公司引入了粒度分析和 pH 值測量相結(jié)合的方法，同時也獲得了專li，它強調(diào)了pH值對最佳分散的重要性。由于FRITSCH激光粒度分析儀22NeXT采用模塊化設(shè)計，pH模塊可以直接添加到濕分散裝置中，用于根據(jù)ISO 13320通過激光衍射測定相關(guān)樣品的懸浮液和乳液的粒度分布(圖3)。通過一個單向接口，pH計的數(shù)值可以通過一個 SOP 命令直接傳輸?shù)?ANALYSETTE 22 NeXT的MaS控制軟件。這樣可以在分散過程之前、期間和之后準(zhǔn)確測定樣品池的pH值。

開啟粒度分析的新篇章

在探索微觀世界的旅途中，我們不應(yīng)低估任何一個參數(shù)的力量，尤其是pH值在粒度分析中的核心地位。它不僅是通往更精確粒度分布的橋梁，更是優(yōu)化濕分散過程、解鎖新材料性能潛力的金鑰匙。因此，下一次當(dāng)你在實驗室中面對分散難題時，不妨從調(diào)整那個簡單的pH開始，或許，新發(fā)現(xiàn)的曙光正靜靜等待著你的探索。

希望通過這篇推文，能激發(fā)起每一位科研人員對這一基本卻又深刻影響分析結(jié)果的因素給予更多關(guān)注與探索的熱情。在科學(xué)的征途上，每個細(xì)節(jié)都可能成為創(chuàng)新的火花。