浊度(turbidity)是液体光学性质的表达,用来表征液体的清洁程度。目前,国际上常用的两种浊度标准物质主要有Formazine浊度标准物质和聚合物浊度标准物质。2006年在修订JJG880-1994《浊度计》检定规程时,为了克服Formazine浊度标准物质静置稳定性差的缺点,在进行浊度计稳定性、重复性的检定时,笔者选用了更为稳定的聚合物浊度标准溶液作为计量标准,从而能够更好地、如实地评价仪器的重复性和稳定性,减少了标准物质本身对检定结果的影响。但是,迄今为止我国还没有相应的聚合物浊度标准物质。因此,为配合JJG880-2006《浊度计》检定规程的贯彻和执行,本文通过采用无皂乳液聚合方法及一系列的后期处理,研制了聚合物浊度标准溶液,用于浊度计重复性、稳定性的检定。

一、聚合物浊度标准溶液制备方法

1.采用无皂乳液聚合的方法制备得到聚苯乙烯乳液,即将一定配方量的苯乙烯单体、交联剂、甲基丙烯酸加入到100mL去离子水中后,装入带搅拌设备的反应器内,通入氮气排空30min,然后使反应器处在搅拌状态下并置于80℃水中。当温度稳定后,将经氮气排空的引发剂过硫酸钾溶液加入反应体系中,搅拌速度为400转/min,冷凝回流,在氮气保护下反应24h后终止反应,得到单分散聚苯乙烯乳液。

2.对制备得到的聚苯乙烯乳液进行一系列的后期处理(如进行过滤、加入稳定剂和抑菌剂等),以确保溶液浊度量值的稳定性,最后得到符合JJG880-2006要求的聚合物浊度标准溶液。

二、聚合物标准溶液中粒子的粒径分布

JJG880-2006中明确规定了聚合物浊度标准溶液的粒径范围应在(0.1~0.5)μm的范围之内。因此,笔者利用扫描电子显微镜(以下简称“扫描电镜”)和激光衍射粒度分析仪对制备得到的聚合物浊度标准溶液中粒子的粒径大小及其分布进行了表征。将粒子样品均匀地覆盖在载玻片上,用乙醇稀释后喷金,用日立3500N型扫描电镜拍摄样品照片,并采用86-3000型图像分析系统对照片进行分析。从图1中可以看出,所得到的标准粒子具有良好的球形度,粒径分布均匀,而且表面较光滑、无破损、无缺陷。采用图像分析系统对照片中600个粒子的粒径进行统计分析,计算得到标准粒子的平均粒径为D=0.281μm,粒径分布的相对标准偏差为1.12%。图2为采用LS230型激光粒度分析仪测量标准粒子的粒径大小及分布交联聚苯乙烯粒子的粒径分布图,粒子粒径分布呈正态分布,且分布很窄,其峰值粒径为D=0.277μm,与电镜测量结果有较好的一致性。从上述两种测量结果中可以看到,制备得到的聚合物浊度标准溶液中粒子的粒径分布在(0.1~0.5)μm范围之内,完全符合JJG880-2006的要求。

三、聚合物浊度标准溶液的量值溯源在JJG880-2006中对聚合物浊度标准溶液浊度量值的要求为“1小时内浊度值的变化不大于0.2%”,由此可见对于聚合物浊度标准溶液,其关键量值是静置稳定性,而其本身的浊度量值,用户可通过与Formazine一级浊度标准物质比较得到。聚合物浊度标准溶液作为Formazine浊度标准物质的补充,就是要克服Formazine浊度标准物质静置稳定性差的缺点,故聚合物浊度标准溶液的关键量值就是其静置稳定性。为了对制备得到的标准样品的浊度静置稳定性进行准确考察和测量,笔者使用了如图3所示的测量方法,即在使用高精度浊度计测量聚合物浊度标准样品的静置稳定性之前,先使用国家一级标准物质GBW12001水质浊度标准物质对该浊度计进行校准。同时,该浊度计的测量准确度及稳定性使用了经证明光学性质稳定的固体浊度标准管进行验证。