2024年6月電子報
巴西果效應（Brazil nut effect）及其在顆粒測量中的應用
巴西果效應是指在混合兩種不同顆粒大小的物質時，較大的顆粒會上升到表面，而較小的顆粒則會下沉到底部。這一現象得名於歐洲的早餐食品木斯里，其中含有巴西果。在食用木斯里時，最先倒出來的通常是體積最大的巴西果。1998年，科學家發現了與此相反的反巴西果效應，即體積較大的顆粒會下沉，而體積較小的顆粒會上升。這兩種效應在顆粒物理學中是非常熱門的研究課題，對製藥和運輸等行業有著重要的實際意義，因為這些行業需要考慮顆粒的混合和分離。
樣品分析中常被忽略的步驟是取樣。在樣品分析中，常被忽略的重要步驟是取樣。根據良好實驗室規範（GLP）和國際標準，例如DIN EN ISO/IEC 17025，正確的取樣對於獲得可靠的實驗結果至關重要。如果樣本對總體不具代表性，即使測量本身正確，結果也無法保證可靠性。特別是當使用靜態光散射方法測定粒徑分佈時，取樣是決定成功與否的關鍵因素。
代表性抽樣的重要性
取樣的必要性源於樣本總體與實驗室分析所需樣本數量之間的差異。在靜態光散射領域，所需樣本量從1毫克到約100克不等，具體取決於材料和顆粒尺寸。在化學工業中，有時需要從少量分析材料推斷出幾公斤甚至幾噸材料的粒徑分佈。固體樣品通常不具均勻分佈，這會導致分析結果出現差異。這些差異可能源於以下幾個方面：
- 樣品特性的時間變化：儲存條件不佳（如環境條件波動或儲存容器不足）會導致樣品特性隨時間變化，加劇不均勻分佈。
- 錯誤的採樣位置：通常僅從樣品的頂部或容易接近的位置取樣，而忽略整個樣品體積，這會導致樣品的離散。例如，運輸過程中可能發生巴西果效應，較大的顆粒會向上遷移
正確抽樣的目標
正確抽樣的目標是最小化分析變異。然而，即使混合良好的樣本也會受到統計變化的影響。信賴區間，即給定機率下真值所在的區域，只能透過增加分析子樣本的數量來優化。抽樣統計誤差的大小主要取決於樣本大小和粒徑分佈的寬度。樣本中含有的顆粒越少，顆粒尺寸分佈越寬，誤差就越大。因此，應隨著總樣本異質性的增加而增加子樣本的數量。
顆粒測量的樣品劃分選項
樣品分割時，首先應確定分析所需的樣品量，這取決於分析方法和顆粒特性。一旦確定了所需的樣品量，就必須將實驗室樣品徹底混合和分開，直到獲得所需量。常用的樣品分配方法包括錐化和四等分、使用淺槽分配器或旋轉錐形樣品分配器（見圖4）。對於非常大的樣品，可以從總體積中取出多個隨機分佈的樣品，組合成一個分析樣品。在樣品劃分和取樣中，必須確保沒有過多的顆粒類別。
懸浮液樣品的取樣
如果固體樣品的量不足以進行分離，可以將其分散在合適的液體中製成懸浮液。充分混合後，用移液管從容器底部上方幾公分處取樣。如果懸浮液不均勻或快速沉降，則必須分析整個懸浮液，否則不同的分析樣本可能會得到不同的結果。
在樣品高度不均勻的情況下，即使進行了密集取樣，結果仍可能不一致。可以將多個分析樣品的平均值作為最後的手段。如果幾個「平均值測量」之間沒有顯著偏差，則可將平均結果視為具有代表性。
結論
本文闡述了正確取樣的必要性，以獲得具有代表性、可重現的分析結果。對於靜態光散射等方法，少量樣品材料足以進行分析，取樣是產生可比較且值得信賴的結果的關鍵步驟。即使最好的取樣也只能提供統計確定性，但熟練的取樣可以極大地接近真實結果，提高可靠性。
資料來源
Dr. Dominique Decker, Application Consultant Particle Analysis, FRITSCH GmbH
Fritsch GmbH • Milling and Sizing Industriestrasse 8 • 55743 Idar-Oberstein • Germany
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FRITSCH
德國FRITSCH公司是實驗室應用儀器的專門製造商。FRITSCH提供快速工業應用於製程監控與品質保證，以及提供工業與學術研究室準確可靠的研究應用。 FRITSCH成立於1920年為獨立的家族企業公司，總部位於伊達爾-奧伯施泰因 (Idar-Oberstein) ，並於法國、俄羅斯、新加坡、中國以及美國皆設有子公司。 FRITSCH的核心競爭力為創新研發並生產優異之樣品製備儀與利用雷射粒徑分析儀原理開發的粒徑分析儀。由於業務活動範圍遍及全球，我們熟悉來自各種不同產業的問題性任務，並找出有效的解決方案。FRITSCH所研發的所有儀器集合優異的可靠性、創新的技術以及簡單的操作於一身。 堅持品質永不妥協並提供廣泛的服務。對於FRITSCH而言，良好的生產品質意味著所有儀器皆具有歐洲合格認證CE標誌，並且依照國際品質標準ISO 9001生產製造，提供新型的微米粒徑分析儀，更精準、更廣泛的量測樣品。在全世界，FRITSCH設備廣泛的運用在樣品製備與顆粒徑分析領域。
Mini-Mill PULVERISETTE 23 微量球磨機
PULVERISETTE 23（P-23）為 FRITSCH Ball Mills 系列中針對極少量樣品設計的超精巧型微量球磨機。適用樣品量約 0.1–15 mL（依材料而異），最大進料尺寸約 6 mm，最終細度可達 5 μm。支援乾式、濕式與冷凍研磨，並提供標準版與適用於手套箱版本。
特點
• 球形研磨罐設計，可提升撞擊／摩擦研磨效率，並有利於樣品回收與清潔。
• 研磨頻率 15–50 Hz；研磨罐振動約 900–3,000 次/分鐘、振幅 9 mm。
• 樣品量約 0.1–15 mL，適合極少量樣品與空間有限之實驗室。
• 可進行乾式、濕式及冷凍研磨，亦適用於混合與均質化。
• 手套箱版本適合無氧、低水分受控氣氛，以及危害性、生物危害、放射性或藥理活性物質之隔離操作。
• 生技應用可搭配 PTFE 研磨罐；亦有 single-use tube container，可支援最多 6 支 0.5 / 1.5 / 2 mL PCR tubes。
Vibratory Micro Mill PULVERISETTE 0 振動式微量研磨機
PULVERISETTE 0 適合小量、中硬、脆性、潮濕及溫度敏感樣品之精細研磨，亦可用於乳液與膏體均質化。最大進料尺寸約 5 mm、最大樣品量 10 mL、最終細度可達 10 μm。研磨原理為撞擊與摩擦，並可搭配 FRITSCH 低溫冷凍盒進行液態氮冷凍脆化與研磨。
特點
• 可調整振幅，以依樣品性質調整振動能量。
• 研磨罐振動約 3,000–3,600 次/分鐘，振幅 1–3 mm。
• 支援密閉容器乾式或懸浮液研磨，降低樣品損失。
• 搭配 低溫冷凍盒可處理軟質、微油性、脂肪性、潮濕或熱敏樣品。
• 可轉換為振動篩分系統，支援乾式與濕式篩分。
• 5 種研磨材質可選；瑪瑙、燒結剛玉、氧化鋯、硬化不銹鋼、硬質合金碳化鎢；冷凍研磨建議使用鋼或碳化鎢研磨組。
• 配備 IP65 防潑水薄膜鍵盤、觀察窗與數位計時器。
雷射粒徑分析儀 ANALYSETTE 22 NeXT
FRITSCH 粒徑分析採用雷射粒徑分析儀原理，發明專利的反向傅立葉設計。ANALYSETTE 22 NeXT 除了可乾濕兩用外，有兩種型號，非常適合在生產和質量控制以及研發或控制製造過程中進行高效粒度分析。NeXT具決定性優勢：特別容易操作和清潔、分析時間短、可靠的重現性結果。要處理腐蝕性極強的化學分散液體，請訂購帶有擴展套件的濕式分散裝置，以實現極端的耐化學性。
特點
測量過程中的強大優勢：
- 只有一個光源：簡單、堅固、可靠
- 快速同步記錄所有散射數據
- 通過最先進的 16 位轉換器技術高度精確地記錄光強度
- 還通過智能測量單元設計記錄非常寬的散射角
- 兩種型號具有不同的測量範圍
- 連續記錄激光輸出
- 快速、自動的光束調整
分散過程中的強大優勢：
- 操作簡單
- 緊湊的測量迴路
- 強力泵
- 幾乎免維護的設計
- 監測重要的色散參數
- 測量和沖洗循環系統無死角
- 快速一致的清潔
- 150 毫升和 500 毫升之間的可變懸浮液體積
- 許多有機溶劑也可用作標準流程
- 輸出功率高達 50 瓦的獨立超音波
- 軟體可自由編程
乾式分散模組
乾式分散特別適用於不太細、自由流動的材料，這些材料會在水或其他液體中發生反應。
特點
- 在加速氣流中快速測量粉狀樣品
- 所有與樣品接觸的部件都可以輕鬆拆卸 - 從而保證絕對快速和輕鬆的清潔。ANALYSETTE 22 NeXT 的測量池也可以通過偏心鎖在沒有工具的情況下打開。通過易於重新插入的外部密封件，其清潔非常方便。而且測量池玻璃的更換可以隨時完全簡單地完成。
- 在乾式測量中，樣品材料通過振動進料器通過進料漏斗輸送到乾式測量單元，在那裡它直接落入噴嘴，該噴嘴使用可調節的壓縮空氣流量運行。通過噴嘴後，團聚物被打碎，隨後直接測量雷射光束中的粒徑分佈。
pH量測模組
新的pH偵測器模組安裝在分散槽中，並連接到粒徑分析系統，可對分散液的 pH 值進行簡單、連續的監測。
特點
- 在奈米懸浮液領域的測量中，pH 值是懸浮液穩定性的重要參數。如果它在測量過程中發生偏移，則可能會發生顆粒絮凝（凝結），這是導致測量結果無法重現的常見原因。
- FRITSCH現在提供的pH測量，您可以在測量過程中連續測量pH 值，凝聚或聚集的檢測也變得容易。
動態影像粒徑分析儀 ANALYSETTE 28 ImageSizer
ANALYETTE 28 ImageSizer 是一款採用雷射粒徑分析儀原理開發出的理想粒徑分析儀，適用於需要準確且可重複地測量粉末以及懸浮液的顆粒形狀和粒徑。動態圖像分析的光學過程提供寬廣測量的範圍，提供多種形狀參數和粒徑評估。測量時間取決於樣品數量，一般小於 5 分鐘，是一種非常簡單且經濟高效的篩分替代方法。
特點
- 超寬測量範圍，可單獨調節
- 測量時間一般低於 5 分鐘
- 具備遠心鏡頭的高性能相機
- 透過 SOP 實現快速、簡單的操作
- 高性能、集成圖像的分析軟體 ISS
- 擁有形態分析的廣泛資料庫
- 可靠的品質監控工具
- 可呈現個別的結果報告
