ส ำนกงำนมำตรฐำนผลตภณฑอตสำหกรรม กระทรวงอตสำหกรรม ถนนพระรำมท 6 กรงเทพฯ 10400

โทรศพท 0 2202 3490

สมอ./ศน.พว./CDV มกรำคม 2557

หามใชหรอยดถอรางนเปนมาตรฐาน มาตรฐานฉบบสมบรณจะมประกาศในราชกจจานเบกษา

ราง มำตรฐำนผลตภณฑอตสำหกรรม

วธกำรวเครำะหขนำดอนภำค ดวยเทคนค Dynamic light scattering

PARTICLE SIZE ANALYSIS USING DYNAMIC LIGHT SCATTERING (DLS)

ส าหรบเสนอคณะกรรมการวชาการพจารณารางมาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรม

(2)

คณะผจดท ำรำงมำตรฐำน

ทปรกษำ นายชยณรงค เชดช ศนยนาโนเทคโนโลยแหงชาต นายศรศกด เทพาค า ศนยนาโนเทคโนโลยแหงชาต

ประธำน นางฉลอง เลาจรยกล ศนยนาโนเทคโนโลยแหงชาต

รองประธำน นายประสงค นรจตร กรมโรงงานอตสาหกรรม

กรรมกำร นางสาวทพชา โปษยานนท ส านกงานคณะกรรมการสขภาพแหงชาต นางนราพร รงสมนตกล สถาบนพฒนาอตสาหกรรมสงทอ นายสมศกด ศรสภรวาณชย สภาอตสาหกรรมแหงประเทศไทย นางดรณ เอดเวรดส หอการคาและสภาหอการคาแหงประเทศไทย นางสพณ แสงสข สถาบนวจยโลหะและวสด จฬาลงกรณมหาวทยาลย นายวสนต เลาหอดมโชค กรมสวสดการและคมครองแรงงาน นางสาวจรยา บวเจรญ สถาบนมาตรวทยาแหงชาต นางกนกวรรณ บญยาทษฐาน ส านกงานมาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรม นางสาวพกลทอง ขอเพมทรพย ศนยนาโนเทคโนโลยแหงชาต นางสาวสภาพนธ บนนาค นางสาวฉววรรณ ทรพยเจรญกล นางสาวภนตา เกษมโชตชวง

กรรมกำรและเลขำนกำร นายณฐพนธ ศภกา ศนยนาโนเทคโนโลยแหงชาต

มำตรฐำนวธกำรวเครำะหขนำดอนภำคดวยเทคนค Dynamic light scattering

(3)

ปจจบนการวดขนาดอนภาคในระดบนาโนสเกลโดยใชเทคนคการกระเจงของแสง (ดแอลเอส) วธการนสามารถวเคราะหขนาดเฉลยและการกระจายตวของขนาดอนภาคภายในระยะเวลาอนส น ใชงานงาย และมเครองมอจ าหนายในทองตลาด อยางไรกตามควรระมดระวงการใชงานเครองมอและการประเมนผลการวด การวดขนาดอนภาคดวยวธดแอลเอสนนมการพฒนาขนมาหลายเทคนค สามารถแบงออกเปน 2 เทคนคใหญ ๆ ดวยกนคอ

1) เทคนคการวเคราะหโดยอาศยความแตกตางในการวเคราะหขอมล 2) เทคนคการวเคราะหโดยอาศยความแตกตางของการตดตงแหลงก าเนดเแสง

ถ งแมเทคนคดแอล เอส เปน เทคนค ทใชหาค าการกระจายตวของขนาดอนภาคได แ ตในมาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรมฉบบนกลาวถงการกระจายตวของขนาดใน 2 รปแบบ เทานนคอ ขนาดอนภาคเฉลย และดชนการกระจายตวของขนาดอนภาค ส าหรบการค านวณคาการกระจายตวของขนาดอนภาคแบบเตมรปนนท าไดหลายวธ แตในปจจบนผลทไดจากแตละวธยงขาดความแมนย าในการท าซ า และยงไมมขนตอนทเปนมาตรฐาน มาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรมน จดท าขนตามความรวมมอระหวางส านกงานมาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรมกบศนยนาโนเทคโนโลยแหงชาต ส านกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต มาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรมนก าหนดขนโดยอาศยขอมลจากผท า ผใช และเอกสารตอไปนเปนแนวทาง

ISO 22412: 2008 Particle size analysis-Dynamic light scattering (DLS) ISO 13321: 1996 Particle size analysis-Photon correlation spectroscopy

I-NN-TSL-09 วธปฏบตงาน เรอง การวเคราะหขนาดอนภาค ศนยนาโนเทคโนโลยแหงชาต

คมอการใชเครองจากผผลต Zetasizer Nano Series User Manual (MAN 0317 Issue 1. 1Feb 2004)

(4)

สำรบญ

หนา 1. ขอบขาย 1 2. บทนยาม 1 3. สญลกษณ ตวยอ ความหมายและหนวย 2 4. หลกการ 3 5. การค านวณของคาเฉลยของขนาดอนภาค และคาพไอ 5 6. องคประกอบของเครอง 5 7. ขนตอนเบองตน 6 8. ขนตอนการวด 7 9. สมบตของระบบ 8 10. การท าซ า 8 11. รายงานผลการทดสอบ 8 ภาคผนวก ก. 10 ภาคผนวก ข. 15

มอก. XXXX-25XX

-1-

มำตรฐำนผลตภณฑอตสำหกรรม วธกำรวเครำะหขนำดอนภำค

ดวยเทคนค Dynamic light scattering

1. ขอบขำย 1.1 มาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรมฉบบน กลาวถงวธการหาขนาดอนภาคดวยเทคนคการกระเจงของแสง (ด

แอลเอส) (dynamic light scattering: DLS) เพอหาขนาดเฉลยของอนภาค และการกระจายของขนาดอนภาค ทมขนาดไมเกน 1 000 nm ในของเหลว ซงขนาดอนภาคทไดจากเทคนคดแอลเอสเปนขนาดอนภาคเทยบเทาของอนภาคทรงกลม

1.2 มาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรมฉบบนใชส าหรบการวดอนภาคทกระจายในของเหลวทความเขมขนตาง ๆ หลกการของเทคนคดแอลเอสเหมอนกบการวดการละลายของสาร สามารถประยกตกบสารแขวนลอยทเจอจาง และเขมขนได อยางไรกตามผท าการวดควรระมดระวงในการปรบเตรยมเครองมอ การเตรยมสารตวอยาง การตความผลการวด และการวดตวอยางทความเขมขนตาง ๆ

2. บทนยำม ความหมายของค าทใชในมาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรมฉบบน มดงตอไปน

2.1 การตรวจสอบความใชได (validation) หมายถง การพสจนคณสมบตเทยบกบวสดอางองดวยวธการทยอมรบในการวดวสดอน ๆ ในหวขอเดยวกน

2.2 ความเขมของการกระเจงของแสง อตราการนบ กระแสโฟตอน (scattered intensity, count rate, photocurrent; Is) หมายถง ความเขมแสงทกระเจงเนองจากอนภาคภายในปรมาตรการกระเจงของแสง จ านวนคลนโฟตอนตอหนวยเวลา หรอ กระแสจากเครองรบสญญาณซงเปนสดสวนกบความเขมของการกระเจงทวดไดจากตวรบสญญาณ

2.3 คณสมบต (qualification) หมายถง การพสจนคณสมบตเทยบกบวสดอางองดวยเครองมอทสามารถวดขอมลทตองการกบวสดอางองนนได

2.4 ดชนการกระจายตว (polydispersity index; PI (พไอ)) หมายถง ปรมาณไมมหนวยทบอกถงการกระจายตวของขนาดอนภาค หมายเหต 1. พฒนามาจาก ISO 13321 : 1996, 2.2 2. คาพไอจะมคานอยกวา 0.1 เมอทดสอบตวอยางทมขนาดอนภาคสม าเสมอ

มอก. XXXX-25XX

-2-

2.5 เทคนคดแอลเอส หมายถง การวดขนาดอนภาคทแขวนลอย และเคลอนทอยภายในตวกลางทเปนของเหลว โดยใชแสงเลเซอร

2.6 ปรมาตรการกระเจงของแสง (scattering volume; V) หมายถง สวนของล าแสงเลเซอรทอปกรณเชงแสงของตวรบสญญาณตรวจพบ หมายเหต พฒนามาจาก ISO 13321 : 1996, 2.3

2.7 เสนผานศนยกลางของอนภาคเฉลย (average particle diameter; DLSx ) หมายถง คาเฉลยถวงน าหนกแบบฮาโมนกซของเสนผานศนยกลางของอนภาค หมายเหต เทคนคดแอลเอสรายงานขนาดเสนผานศนยกลางของอนภาคเฉลยในหนวยนาโนเมตร โดยอยในชวง

1 nm ถง 1000 nm

3. สญลกษณ ตวยอ ควำมหมำยและหนวย 3.1 C() การกระจายของอตราการเสอมสลายหรอสวนกลบของความถ หนวยใด ๆ 3.2 D สมประสทธการแพร m2/s 3.3 DC สมประสทธการแพรรวม m2/s 3.4 DS สมประสทธการแพรดวยตวเอง m2/s 3.5 g(1)( ) ฟงกชนสนามไฟฟาสมพทธ (ปกต) หนวยใด ๆ 3.6 G(2)( ) ฟงกชนความเขมแสงสมพทธ หนวยใด ๆ 3.7 Io ความเขมของแสงตกกระทบ หนวยใด ๆ 3.8 Is ความเขมของแสงกระเจง อตราการเกดโฟตอน กระแสโฟตอน หนวยใด ๆ 3.9 n คาดชนหกเหของแสงในตวกลาง ไมมหนวย 3.10 P() สเปกตรมของก าลง (แสง) หนวยใด ๆ 3.11 PI ดชนการกระจายตว ไมมหนวย 3.12 Qint,i ปรมาณอนภาคถวงน าหนกตามขนาดอนภาค xi หนวยใด ๆ 3.13 V ปรมาตรการกระเจง หนวยใด ๆ 3.14 x เสนผานศนยกลางของอนภาคทรงกลม nm 3.15 DLSx เสนผานศนยกลางเฉลยของอนภาค nm 3.16 อตราการเสอมสลายและลกษณะเฉพาะของความถ s-1 3.17 อตราการเสอมสลายถวงน าหนกเฉลย s-1 3.18 ความหนดของตวกลาง mPa.s 3.19 มมกระเจง o

มอก. XXXX-25XX

-3-

3.20 0 ความยาวคลนของเลเซอร ในสญญากาศ nm 3.21 2 คาสะสมอนดบสองของการกระจายตวของขนาด หนวยใด ๆ 3.22 ความหนาแนนอนภาค g/cm3 3.23 t เวลาสมพทธ s 3.24 สดสวนปรมาตรของอนภาค หนวยใด ๆ 3.25 ความถเชงมม Hz 3.26 T อณหภมสมบรณ K 3.27 kB คาคงตวของโบลตซมนน J/K

4. หลกกำร 4.1 ทวไป

อนภาคนาโนทแขวนลอยอยในของเหลวมการเคลอนทแบบสมอยางสม าเสมอ หรอเรยกวาการเคลอนทแบบบราวน (Brownian motion) อนเกดจากปฏสมพนธระหวางอนภาคกบโมเลกลของของเหลวตวกลาง การเคลอนทของอนภาคทความเขมขนต าสามารถค านวณไดจากความหนดของของเหลวตวกลาง อณหภม และขนาดของอนภาค ตามสมการสโตกสและไอนสไตน (Stokes and Eienstein) แสดงในสมการ (ก.8) ดงนนหากท าการวดการเคลอนทของอนภาคในของเหลวทรอณหภมและความหนด กสามารถค านวณขนาดของอนภาคได ขนาดอนภาคทความเขมขนต าจะเปนขนาดอนภาคแบบไฮโดรไดนามค (hydrodynamic particle size) เมอความเขมขนของอนภาคในของเหลวมากขน ท าใหการกระเจงเปนแบบทวคณ และเกดปฏสมพนธกนระหวางอนภาค การปรบระบบการวดสามารถชวยลดผลกระทบจากการกระเจงแบบทวคณ ทงนขนาดอนภาคทวดไดจะเปนขนาดภายนอกอนภาค (apparent particle size) เทคนคดแอลเอสอาศยการวดการเคลอนทของอนภาคเชงแสง โดยใชแสงจากแหลงก าเนดแสงอาพนธ (coherent light source) ฉายลงบนอนภาคทแขวนลอยในของเหลว แสงกระเจงอนเนองจากการเคลอนทของอนภาคนนมเฟสทขนกบเวลา (time-dependent phase) ซงเกดการต าแหนงทสมพนธกบเวลา (time-dependent position) เฟสทขนกบเวลาของแสงกระเจงนสามารถพจารณาเปนการเลอนของเฟสหรอการเลอนของความถจากความถกลางของแสงจากแหลงก าเนดแสง เมอท าการวดไปชวงเวลาหนง การเคลอนทแบบสมของอนภาคท าใหเกดการกระจายตวของการเลอนเฟสและการเลอนของความถแสง

4.2 การตรวจวดเชงแสงดแอลเอส (DLS optical detection) 4.2.1 การใชมาตรฐานเชงแสงแบบอาพนธ (coherent optical reference) เพอใหคลนแสงเกดการแทรกสอดท า

ใหสามารถแปลงคาความถกลางของสเปกตรม (spectral central frequencies) ใหเปนคาความตางของ

มอก. XXXX-25XX

-4-

ความถแสงทเปลยนแปลงไป โดยมคาระหวาง 1 Hz ถง100 kHz ซงสามารถวดไดโดยเครองวดความถแบบอเลกทรอนกสรนใหมวธการมาตรฐานแสดงในรปท 1

ก) โฮโมดายน (homodyne) ข) เฮทเทอโรดายน (heterodyne)

หมายเหต 1 คอ แสงกระเจง 2 คอ สดสวนของแสงทไมกระเจง 3 คอ ตวตรวจวด 4 คอ เครองวดสมพทธอตโนมต (autocorrelator) หรอ เครองวเคราะหสเปกตรม

รปท 1 กำรจดเรยงเชงแสงส ำหรบดแอลเอส (ขอ 4.2.1)

4.2.2 การตรวจวดแบบโฮโมดายน (รปท 1ก) หรอ การเปรยบเทยบกบตวเอง (self-referencing หรอ self-beating detection) อาศยการผสมของแสงกระเจงทงหมดทตวตรวจวดเชงแสงเพอเปนมาตรฐานอางองในการวดการเลอนความถหรอการเลอนเฟส

4.2.3 การตรวจวดแบบเฮทเทอโรดายน (รปท 1ข) หรอ การเปรยบเทยบกบมาตรฐานอางอง (reference beating หรอ controlled reference detection) อาศยการผสมกนระหวางแสงกระเจงกบแสงจากแหลงก าเนดแสงบางสวน แสงจากแหลงก าเนดแสงท าหนาทเปนมาตรฐานอางองส าหรบวดการเลอนความถหรอการเลอนเฟส

4.2.4 ขอมลทไดจากการตรวจวดทง 2 ชนดประกอบดวย การกระจายตวของความถ หรอเฟสทสมพนธกบเวลา ซงเปนตวแทนของขนาดอนภาคทแขวนลอย ขอมลทไดจากตวตรวจวดมองคประกอบ 2 สวน คอ ปรมาณทเปนคาคงท แสดงถงคาเฉลยความเขมแสงทตรวจวดได และ ปรมาณทขนกบเวลาซงแสดงถงผลทเกดผลกระทบดแอลเอส (DLS effect)

การประมวลผลสญญาณทขนกบเวลาท าไดโดยใช ฟงกชนสหสมพนธตามเวลา (time-based correlation function) หรอ การใชสเปกตรมก าลงของความถ (frequency-based power spectrum) ซงทง 2 วธการมความสมพนธกนทางคณตศาสตร รายละเอยดอธบายในภาคผนวก ก.

มอก. XXXX-25XX

-5-

5. กำรค ำนวณของคำเฉลยของขนำดอนภำค และคำพไอ การประมวลและวเคราะหสญญาณทตรวจวดได ท าโดยวธการวเคราะหฟงกชนสหสมพนธและการวเคราะห

ความถ หมายเหต การวเคราะหทงสองวธมความสมพนธเชงการเปลยนแปลงฟเรยร (Fourier transform) โดยการ

กระจายตวของขนาดอนภาคนนแสดงเปนชดขอมลทไมตอเนองกนของเสนผานศนยกลางของอนภาค(xi) และ ปรมาณความเขมถวงน าหนก {Qint,i , xi, i = 1…N}

จากชดขอมลดงกลาว คาเฉลยของเสนผานศนยกลางอนภาค (ความเขมถวงน าหนก) หรอ DLSx สามารถค านวณไดจากสมการ (2)

int,i

1

int,

1

N

iDLS N

i

i i

Q

xQ

x

(2)

และคาพไอ (การวดความกวางของการกระจายตว) สามารถค านวณไดจากสมการ (3)

2 2

int,2 1

int,

1

1/ 1/

2

N

i i DLS

iDLS N

i

i

Q x x

PI x

Q

(3)

ขอมลฟงกชนสหสมพนธสามารถวเคราะหโดยใชวธคมแลนท (cumulant method) เพอหาคาความเขมถวงน าหนกเฉลยของเสนผานศนยกลาง DLSx และคาพไอ หมายเหต ในทางปฏบตคาพไอทค านวณไดจากการวเคราะหตามวธคมแลนทอาจแตกตางจากคาทไดจากการ

ค านวณจากสมการ (3)

6. องคประกอบของเครอง องคประกอบทวไปของเครองทใชในหองปฏบตการดงแสดงในรปท 2 มดงน

6.1 เลเซอรแสงเดยว (monochromatic laser) ท าหนาทใหแสงทโพลาไรซกบสนามไฟฟา ซงตงฉากกบระนาบทเกดจากรงสจากแหลงก าเนดแสง และรงสทตรวจวดได (โพลาไรซแนวตง) เลเซอรทใชไดไดแก ฮเลยม-นออนเลเซอร อารกอนเลเซอร โซลดเสตทเลเซอร ไดโอดปมโซลดเสตทเลเซอร และไดโอดเลเซอร

6.2 องคประกอบเชงแสง (optics) เลนซ และอปกรณรวมแสงจากแหลงก าเนดเพอสงไปยงปรมาตรการกระเจงของแสง และตวตรวจวดแสงกระเจง นยมใชเสนใยน าแสงในระบบตรวจวด และน าสงแสง

6.3 ชองใสตวอยาง (test sample holder) ตองสามารถวดและควบคมอณหภมใหอยภายใน ±0.3 oC ได

มอก. XXXX-25XX

-6-

6.4 ตวจบโฟตอน (photon detector) นยมใชตวตรวจวดแสงทวคณ และแอวลแลนซโฟโตไดโอด หรอโฟโตไดโอด ในการตรวจจบโฟตอนซงสมพนธโดยตรงกบความเขมของแสงกระเจง

6.5 หนวยประมวลผล ประมวลผลสญญาณความเขมทสมพนธกบเวลา แลวแสดงผลสหสมพนธอตโนมต (autocorrelation) สหสมพนธขาม (cross-correlation) หรอสเปกตรมของก าลงของสญญาณ

6.6 คอมพวเตอร ประมวลผลสญญาณเพอค านวณขนาดอนภาคและการกระจายของขนาดอนภาค บางครงท าหนาทเปนหนวยประมวลผลดวย

รปท 2 – สวนประกอบทวไปของดแอลเอส

(ขอ 6.)

7. ขนตอนเบองตน 7.1 สถานทตงเครองมอ

วางเครองในสภาพแวดลอมทสะอาดปราศจากสญญาณไฟฟารบกวน แรงสนสะเทอน และแสงแดดกระทบโดยตรง

มอก. XXXX-25XX

-7-

ค าเตอน เครองดแอลเอสประกอบดวยเลเซอรพลงงานต าถงปานกลางซงอาจท าใหตาบอดถาวรได ไมควรมองเลเซอรในแนวล าแสงหรอแสงสะทอน ตรวจสอบใหแนใจวาไมมชนงานทมผวสะทอนอยในแนวล าแสงกอนเปดเลเซอร จดใหมขอบงคบเรองความปลอดภยจากการใชแสงเลเซอรในบรเวณทท างาน

7.2 การเตรยมตวอยาง ตวอยางควรประกอบดวยอนภาคทกระจายตวในของเหลวไดด โดยของเหลวทใชควรมสมบตดงน

7.2.1 ไมละลายอนภาค หรอท าใหอนภาคบวม หรอรวมตวกน 7.2.2 ใส และไมดดกลนแสงทความยาวคลนทใช 7.2.3 ผานการกรองตามมาตรฐาน ISO 13321 7.2.4 มคาดชนหกเหตางจากคาดชนหกเหของอนภาค 7.2.5 คาดชนหกเหและคาความหนดมความถกตองมากกวา ±0.5% 7.2.6 ใหสญญาณความเขมต าเมอท าการตรวจสอบการปนเปอนของเครองมอ 7.2.7 สอดคลองกบขอแนะน าของเครองมอในเรองการตรวจสอบการกระเจงพนหลง

8. ขนตอนกำรวด เครองมอตองผานการตดตงอยางถกตอง และผท าการวดตองมความคนเคยกบเครองมอและคมอการใชงานเปนอยางด

8.1 เปดเครองทงไวประมาณ 15 min ถง 30 min เพอใหความเขมของเลเซอรและอณหภมบรเวณชองใสตวอยางเสถยร

8.2 ตรวจสอบการกระเจงแสงพนหลงจากตวกลาง โดยตองมคาอยภายในชวงทเครองมอสามารถตรวจวดได และท าการบนทกคาเฉลยของความเขมของแสงกระเจง

8.3 น าตวอยางขอ 7.2 ใสในชองใสตวอยางและทงใหอณหภมระหวางตวอยางและชองใสตวอยางสมดล อณหภมควรควบคมไวท ±0.3 oC หมายเหต คาความไมแนนอนของขนาดอนภาคทกระจายตวในน าทอณหภมหองมคาประมาณ 2% ตอองศา

เซลเซยส หากอณหภมของตวอยางและชองในตวอยางไมสมดลกน ควรตรวจสอบใหแนใจวาไมมฟองอากาศในตวอยาง

8.4 บนทกรายละเอยดของตวอยาง เวลาทท าการวด ณ สถานทจรง และระยะเวลาทใชในการวด อณหภม ดชนการหกเหของแสง ความหนดของตวกลาง ความเขมขนของอนภาค ความยาวคลนของเลเซอร และมมกระเจง

8.5 ตรวจสอบความเขมเฉลยของแสงกระเจงของตวอยาง โดยควรมคาสงกวาความเขมเฉลยของแสงกระเจงของตวกลาง ควรท าการวดซ าอยางนอย 3 ครงและบนทกผล

8.6 บนทกคาเสนผานศนยกลางเฉลยของอนภาค ( DLSx ) และคาพไอ (PI)

มอก. XXXX-25XX

-8-

8.7 ตรวจสอบหลงท าการวดเสรจวาไมมการตกตะกอนอยางมนยส าคญเกดขนกบตวอยาง ในกรณทพบการตกตะกอนแสดงวาตวอยางอาจเกดการเกาะแนนแลวตกตะกอน หรอวสดทใชอาจไมเหมาะสม

9. สมบตของระบบ 9.1 ประสทธภาพของเครองมอสามารถตรวจสอบโดยโดยใชอนภาคอางองทไดรบการรบรอง (certified

reference material) หลงจากท าการตดตงเครองแลวเสรจ และท าซ าเปนประจ าตามชวงเวลาทก าหนด 9.2 ในกรณทผลการวดไมเปนไปตามสมบตของเครองมอ แสดงวาการกระจายตวของอนภาคมปญหา ซงอาจ

เกดจากการเตรยมตวอยางตามขอ 7.2 หรอจากเครองมอเอง 9.3 อนภาคโพลสไตรนทมการกระจายตวของขนาดอนภาคแคบและมขนาดเสนผานศนยกลางเฉลยประมาณ

100 nm สามารถใชในการตรวจสอบประสทธภาพของเครองดแอลเอสได โดยผลการวดควรมขนาดอนภาคเฉลยคลาดเคลอนไดไมเกน ±2% ของคาอางอง ความสามารถในการวดซ าตองไมเกน 2% และคาพไอไมเกน 0.1

10. กำรท ำซ ำ 10.1 ส าหรบอนภาคทมการกระจายตวแตกตางจากอนภาคในขอ 9. ความสามารถในการวดซ าของขนาดอนภาค

เฉลยตองไมเกน 5% การท าซ าควรท าอยางนอย 3 ครง ในกรณทสามารถท าไดควรท าซ า 6 ครง

11. รำยงำนผลกำรทดสอบ รายงานผลการทดสอบควรประกอบดวยขอมลตอไปน

11.1 ขนาดอนภาคเฉลย และคาเบยงเบนมาตรฐานซงไดจากผลการวดซ าอยางนอย 3 ครง 11.2 คาเฉลยและคาเบยงเบนมาตรฐานของคาพไอ ทไดจากการวดซ าอยางนอย 3 ครง 11.3 ในกรณทขนาดอนภาคเฉลย และคาพไอแปรผนตามความเขมขน ตองรายงานคาทไดจากการประมาณคาท

ความเขมขนเจอจางทสด หรอจากผลการวดทความเขมขนต าทสด 11.4 ขอมลทงหมดทจ าเปนในการบงชตวอยาง รวมถงรปรางและความเปนเนอเดยวกนของอนภาค 11.5 วธการสมตวอยาง (ถาทราบ) 11.6 วธการทดสอบ รวมถงเอกสารมาตรฐานทใชอางอง 11.7 ประเภทและหมายเลขเครองมอ 11.8 สภาวะในการกระจายตว

11.8.1 ของเหลวทใชในการกระจายตวและขนตอนการเตรยม 11.8.2 ความเขมขนของอนภาค 11.8.3 ชนดและความเขมขนของสารชวยในการกระจายตว

มอก. XXXX-25XX

-9-

11.8.4 ขนตอนการท าใหกระจายตว 11.8.5 สภาวะโซนเคชน: ความถ และก าลงทใช (ถาจ าเปน)

11.9 สภาวะการวด 11.9.1 ความเขมขนทใชวด 11.9.2 ความหนด และดชนหกเหของของเหลวทใชในการกระจายตว 11.9.3 อณหภมของตวอยาง

11.10 การบงชผท าการวเคราะห 11.10.1 ชอและสถานทตงของหองปฏบตการ 11.10.2 ชอหรอชอยอของผท าการวด 11.10.3 วนท

11.11 ขอมลอน ๆ ทไมไดระบในมาตรฐานอตสาหกรรมฉบบนทมอทธพลตอผลการวด

มอก. XXXX-25XX

-10-

ภำคผนวก ก. ฟงกชนสหสมพนธและกำรวเครำะหควำมถ

(ขอ 4.2)

ก.1 กำรวเครำะหฟงกชนสหสมพนธ

ก.1.1 สหสมพนธอตโนมต เมอฉายแสงเลเซอรไปยงตวอยางภายในเซลลทมปรมาตรขนาดเลก ท าใหเกดการกระเจงของแสงโดยอนภาคในตวอยางและวดคาแสงทกระเจงโดยตวตรวจวด แสงทตวตรวจวด ณ เวลาหนง ๆ คอผลรวมของแสงกระเจงทสองจากอนภาคทงหมดภายในปรมาตรทแสงเลเซอรฉายและอยในทศทางของตวตรวจวด ความเขมของแสงกระเจงสมพนธกบเวลาหนวงตามรปท ก.1

รปท ก.1 ฟงกชนควำมเขมแสงสมพทธอตโนมต (มำตรฐำน)

(ขอ ก.1.1)

ก.1.2 สหสมพนธขาม เมอฉายแสงเลเซอร 2 ล าทมจดโฟกสทตวอยาง แสงทง 2 ล าเกดการตดกนภายในตวอยางโดยปรมาตรทถกวดคอบรเวณทแสงทง 2 ล าตดกน ตวตรวจวด 2 ตวท าการตรวจวดแสงทกระเจงโดยอนภาค ดงนนจงถอไดวาเปนการวดการกระเจงของแสงทอสระตอกน 2 การวดทไดจากการวดเดยวกน ซงเปนการลดอทธพลจากการกระเจงแบบทวคณ (ดภาคผนวก ข.) ผลการวดฟงกชนสหสมพนธมลกษณะคลายฟงกชนสหสมพนธอตโนมตในรปท ก.1

ก.1.3 การวเคราะหขอมล ก.1.3.1 การวเคราะหฟงกชน

การวเคราะหฟงกชนความเขมแสงสมพทธ (G(2)( )) ทงแบบอตโนมตและแบบขามใชกบความแปรปรวนเชงสถตของความเขมแสงกระเจง โดยก าหนดให

มอก. XXXX-25XX

-11-

(2) ( ) ( ) ( )sA sBG I t I t (ก.1)

เมอ ( )sAI t คอความเขมแสงกระเจงจากล าแสง A ณ เวลา t

( )sBI t คอความเขมแสงกระเจงจากล าแสง B ณ เวลา t + วงเลบมมระบถงผลเฉลยของปรมาณทงหมด ในกรณทใชตวตรวจวดตวเดยว ความเขมแสง IsA(t) และ IsB(t) มคาเทากน และฟงกชนความเขมสมพทธอตโนมต สามารถหาไดจากสมการ (ก.2)

(2) ( ) ( ) ( )s sG I t I t (ก.2)

เมอ ( )sI t คอความเขมแสงกระเจง ณ เวลา t

( )sI t คอความเขมแสงกระเจง ณ เวลา t + ฟงกชนความเขมแสงกระเจงสมพทธของการวดแบบโฮโมดายนสมพนธกบฟงกชนสนามไฟฟาสมพทธ (g(1)( )) ตามสมการ (ก.3)

2

2 (1)G ( ) A 1 ( )B g

(ก.3)

เมอ A คอคาตวประกอบในการท าใหเปนมาตรฐาน B คอคาตวประกอบเครองมอ

ส าหรบตวอยางทมการกระจายตวฟงกชน (g(1)( )) สมพนธกบฟงกชนการกระจายตวมาตรฐานของอตราการเสอมสลาย (C()) ตามสมการ (ก.4)

(1)

0

( ) ( )exp( )g C d

(ก.4)

โดย 0

( ) 1C d

(ก.5)

อตราการเสอมสลาย () สมพนธกบคาสมประสทธการแพรแบบเคลอนทของอนภาคทรงกลมตามสมการ (ก.6)

2Dq (ก.6)

เมอ q คอโมดลสของเวคเตอรการกระเจงตามสมการ (ก.7)

04 sin( / 2)q (ก.7)

เสนผานศนยกลางของอนภาคทรงกลม (x) ค านวณไดโดยการเปลยนรปสมการสโตกสและไอนสไตนเปนสมการ (ก.8) โดยตงอยบนสมมตฐานวาตวอยางประกอบดวยอนภาคทรงกลมทไมท าปฏกรยาตอกน

มอก. XXXX-25XX

-12-

3

Bk Tx

D (ก.8)

ก.1.3.2 วธคมแลนท ฟงกชนความเขมแสงสมพทธมการกระจายอยรอบคาอตราการเสอมสลายถวงน าหนกเฉลยในรปโพลโนเมยล ซงในทางปฏบตมกละเทอมทยกก าลงมากกวา 2 เนองจากมอทธพลนอย

(2) 2

2( ) 1 exp( 2 )G A (ก.9)

เมอ 2

2

คาคมแลนททค านวณไดสมพนธกบการกระจายของขนาดอนภาคถวงน าหนก ขนาดอนภาคเฉลยสามารถค านวณไดจากสมการ (ก.6) ถง (ก.8) โดยใชคาอตราการเสอมสลายถวงน าหนกเฉลย คาพไอค านวณไดจากสมการ (ก.10) โดยคาพไอทค านวณไดจากวธคมแลนทอาจแตกตางจากคาทไดจากสมการ (2)

2

2

2PI

(ก.10)

ก.1.3.3 การแปลงลาปลาซ (Laplace inversion) ส าหรบการกระจายของขนาดอนภาค

ใชสมการ (ก.4) ในการค านวณคาการกระจายของอตราการเสอมสลาย โดยอตราการเสอมสลายสมพนธกบขนาดอนภาคตามสมการ (ก.6) ถง (ก.8) การแกสมการไมเชงเสน (non-linear equation) ประกอบดวยขนตอนตาง ๆ ดงน

(1) แปลงสมการ (ก.4) ใหเปนเชงเสนโดยก าหนดชวงขนาดอนภาค แลวแปลงเปนคาขนาดอนภาค {xi, i =1….N}

(2) ค านวณปรมาณอนภาคถวงน าหนกตามขนาดอนภาค {Qint,i, i =1….N }

(3) รายงานคา Qint,i ตามขนาดอนภาค xi และสดสวนถวงน าหนกความถ Qint,i : {Qint,i, i =1….N }

การกระจายตวตามปรมาตรหรอจ านวนสามารถค านวณไดหากทราบคาดชนหกเหของแสงของอนภาคและตวกลาง

ก.2 กำรวเครำะหควำมถ ส าหรบระบบทอนภาคมขนาดเทากน (monodisperse system) สเปกตรมของก าลงอธบายตามสมการ (ก.11)

ส าหรบการตรวจวดแบบโฮโมดายน และสมการ (ก.12) ส าหรบการตรวจวดแบบเฮทเทอโรดายน

มอก. XXXX-25XX

-13-

2

2 2

2( )

(2 )sP I

(ก.11)

2

0 2 2( )

( )sP I I

(ก.12)

เหนไดวาลกษณะเฉพาะของความถมความสมพนธกบขนาดอนภาคตามสมการ (ก.6) ถง (ก.8) ในระบบการวดแบบโฮโมดายน ขนาดของสเปกตรมของก าลงแปรผนกบคาความถของแสงกระเจงยกก าลงสอง ซงแปรผนกบความเขมขนของตวอยาง ระบบการวดนตงอยบนสมมตฐานวาไมมแสงปฐมภมปนอยกบแสงกระเจง คอ I0 << Is ส าหรบระบบการวดแบบเฮทเทอโรดายนนน อาศยการผสมกนระหวางแสงปฐมภมกบแสงกระเจง ดงนนสเปกตรมก าลงของระบบเฮทเทอโรดายนจงมสวนประกอบจากระบบโฮโมดายนอยดวยเสมอ ดงนนในการจดการสเปกตรมของก าลงเสมอนเปนระบบเฮทเทอโรดายนอยางเดยว ตองท าใหสญญาณจากระบบโฮโมดายนมอยนอยทสดเมอเทยบกบสญญาณจากระบบเฮทเทอโรดายน คอ I0 >> Is ส าหรบตวอยางทมความเขมขนสงควรท าการวดคาความเขมของแสงกระเจงเพอใหมนใจวา I0 > Is สเปกตรมก าลงเปนฟงกชนแบบลอเรนเซยน (Lorentzian function) ดงแสดงในสมการ (ก.11) และ (ก.12) ลกษณะเฉพาะของความถแปรผกผนกบขนาดอนภาค รปท ก.2 แสดงสเปกตรมก าลงของอนภาคขนาดตางๆ ในการวดแบบเฮทเทอโรดายนซงแสดงใหเหนถงความสมพนธแบบผกผนของลกษณะเฉพาะของความถกบขนาดอนภาค

รปท ก.2 สเปกตรมก ำลงของกำรวดแบบเฮทเทอโรดำยน (มำตรฐำน)

(ขอ ก.2)

A ความสง f ความถ, เฮรทซ

มอก. XXXX-25XX

-14-

ส าหรบระบบทอนภาคมขนาดไมเทากน (polydisperse system) สเปกตรมของก าลงมาตรฐานสมพนธกบลกษณะการกระจายตวของลกษณะเฉพาะของความถ หรอสวนกลบของความถตามสมการ (ก.13) ส าหรบแบบโฮโมดายน และสมการ (ก.14) ส าหรบแบบเฮทเทอโรดายน

1 2 2

0

2( ) ( )

(2 )P C d

(ก.13)

1 2 2

0

( ) ( )( )

P C d

(ก.14)

สมการ (ก.13) และ (ก.14) ใชค านวณการกระจายตวของขนาดอนภาคในลกษณะเดยวกบการวเคราะหฟงกชนสหสมพนธ คอ ก าหนดชดขนาดอนภาค {xi, i =1….N} แลวค านวณปรมาณอนภาคถวงน าหนกตามขนาดอนภาค {Qint,i, i =1….N } การกระจายตวตามปรมาตรหรอจ านวนสามารถค านวณไดหากทราบคาดชนหกเหของแสงของอนภาคและตวกลาง

มอก. XXXX-25XX

-15-

ภำคผนวก ข. ผลกระทบของควำมเขมขนตอกำรวดขนำด

(ขอ ก.1.2)

ข.1 ทวไป เทคนคดแอลเอสใชหลกการตรวจจบการเคลอนทแบบสม (การเคลอนทแบบบราวน) เทคนคนสามารถวดสมประสทธการแพรทสมพนธกบขนาดอนภาคดวยสมการสโตกสและไอนสไตนไดเฉพาะอนภาคทรงกลมทกระจายตวในของเหลวทความเขมขนต าเทานน ในกรณทอนภาคมความเขนขนสงขนนนมขอจ ากดหลายประการ ปญหาหลกเกดจากการกระเจงแบบทวคณทงจากการแพรของกลมอนภาค การแพรของอนภาค และปฏสมพนธระหวางอนภาค

ข.2 ขอจ ำกดเนองจำกกำรกระเจงแบบทวคณ การวเคราะหดวยเทคนคดแอลเอสอยบนสมมตฐานวาการวดสามารถตรวจจบไดเฉพาะแสงกระเจงเดยวเทาน น เมอตวอยางมความเขมขนสงขน ความนาจะเปนทแสงกระเจงเกดการกระเจงซ าอนเนองจากปฏสมพนธระหวางอนภาคทอยในแนวแสงจะมมากขน ฟงกชนสหสมพนธการทดลอง (experimental correlation function) หรอสเปกตรมนนไมสามารถอธบายไดดวยสมการท (ก.4) (ก.13) หรอ (ก.14) วธลดผลกระทบของการกระเจงแบบทวคณมอยดวยกนหลายวธ ดงน (1) ใชระบบออปตคเพอลดระยะทางทแสงเดนทางผานตวอยาง เชนใชออปตคทท าใหเกดการกระเจงกลบ

ของแสง (backscatter) ออปตคชนดแสงกระเจงกลบชวยใหระยะทางทแสงเดนทางส นลง ส าหรบตวอยางทดสอบทบแสงทมระยะทางเดนแสงยาว อาจไมตองค านงถงการกระเจงแสงแบบทวคณในระยะทางเดนแสงส นได นอกจากนสามารถเปลยนต าแหนงการวดโดยเลอนต าแหนงชองใสตวอยาง วธการนท าใหปรมาตรทวดอยใกลกบผนงเซลลส าหรบตวอยางทมความเขมขนสงได หรอท าการเพมความเขมแสงของแสงตกกระทบทบรเวณรอยตอระหวางตวอยางและหนาตางกอนถงตวอยาง ในกรณนปรมาตรทวดอยบรเวณรอยตอและใชระยะทางเพยงเลกนอยใหแสงเดนทางเขาและกระเจงกลบเขาอปกรณตรวจวด

(2) ใชวธสหสมพนธขามในขอ ก.1.2 โดยวดแสงกระเจง 2 แนวใน 3 มตพรอม ๆ กน โดยแสงกระเจงทง 2 แนวนตองมเวคเตอรการกระเจงและปรมาตรการกระเจงเหมอนกน แตมเวคเตอรของคลนทแตกตางกน แสงเลเซอรทง 2 ล าน ท าใหเกดรปแบบสเปกเคล (speckle pattern) 2 แบบบนฉากรบแสงทเหลอมกน สญญาณจากตวตรวจวด 2 ตวทวางอยในต าแหนงทเกดสเปกเคลเทากนมสหสมพนธกน อยางไรกตามสหสมพนธทเกดขนมกไมสมบรณเนองจากตวตรวจวดสามารถเหนแสงทเกดจากการกระเจงอนดวย และการกระเจงแบบทวคณของแสงเลเซอรนนไมสหสมพนธอยางสนเชง ปจจยทสงผลใหเกดการกระเจงแบบทวคณนไมสงผลตอสญญาณทสมพนธกบเวลา แตไปเพมสญญาณพนหลง ซงในทาง

มอก. XXXX-25XX

-16-

ทฤษฎวธการนสามารถก าจดการกระเจงแสงแบบทวคณไดอยางสนเชง แตในทางปฏบตวธการนท าไดเพยงชวยลดผลกระทบจากการกระเจงแสงแบบทวคณเทานน คาความเขมขนสงสดของวสดทน ามาวดตองไมเกนคาการกระเจงแสงทเครองสามารถตวจวดได เชนเดยวกนกบการกระเจงกลบของแสง หากตองการวดตวอยางทความเขมขนสงขนตองปรบลดระยะทางเดนแสงลง

ข.3 ขอจ ำกดเนองจำกปฏสมพนธระหวำงอนภำค ทฤษฎดแอลเอสสนนษฐานวาอนภาคแขวนลอยท าปฏสมพนธเฉพาะกบโมเลกลของตวกลาง เมอความเขมขนสงขนระยะหางระหวางอนภาคจะลดลงสงผลใหปฏสมพนธระหวางอนภาคเพมขน ส าหรบตวอยางทเขมขนเทคนคดแอลเอสสามารถตรวจจบการแพรของกลมอนภาคแทนทการตรวจจบการแพรของอนภาคเดยว ทงนความละเอยดในการแยกคาสมประสทธการแพรทง 2 ชนดขนอยกบขนาดอนภาค ความเขมขน, มมกระเจง และความยาวคลนแสงเลเซอร สดสวนของระยะหางเฉลยระหวางอนภาคกบสวนกลบของเวคเตอรการกระเจงสามารถค านวณไดดงน (1) กรณท q-1 < h/2 การแพรของอนภาคสามารถตรวจวดดวยเทคนคดแอลเอสได (2) กรณท q-1 > h/2 การแพรของกลมอนภาค

รปท ข.1 อทธพลของระยะหางระหวางอนภาคและเวคเตอรการกระเจงเนองจากการแพรของอนภาค (1)

และกลมอนภาค (2) (ขอ ข.3)

ทง 2 กรณสามารถอธบายไดดวยสมประสทธการแพรดวยตวเอง (Ds) และสมประสทธการแพรแบบกลม (Dc) ซงคาสมประสทธการแพรทง 2 แบบลวนแปรผนกบความเขมขนในรปแบบทไมเหมอนกน เมอท าการวดตวอยางทมอนภาคขนาดคอนขางใหญกระจายตวอยางเจอจาง สวนกลบของเวคเตอรการกระเจง (q-1) ตามสมการท (ก.7) มคานอยกวาระยะหางเฉลยระหวางอนภาค

2 1/32 2(6 )

h x

(ข.1)

ก าหนดให x คอ เสนผานศนยกลางของอนภาคทรงกลม คอ สดสวนปรมาตรของอนภาค

มอก. XXXX-25XX

-17-

ดงนนสามารถตรวจพบสมประสทธการแพรดวยตวเองของอนภาคแตละอนภาคได แตเมออนภาคมความเขมขนสงขนหรออนภาคมขนาดเลกลง ระยะหางเฉลยระหวางอนภาคจะมคานอยกวาเวคเตอรการกระเจง และตรวจพบสมประสทธการแพรแบบกลมแทนสมประสทธการแพรดวยตวเอง ดงนนขนาดอนภาคทค านวณจากคาสมประสทธการแพรโดยใชสมการสโตกสและไอสไตนจงมโอกาสมคาสงหรอต า ขนอยกบความเขมขนของอนภาคทท าการทดสอบ ซงการใชสมการสโตกสและไอสไตนขางตนเปนการค านวณสมประสทธการเคลอนทของอนภาคทเปนทรงกลมเทานน ส าหรบอนภาคทไมสมมาตร คาสมประสทธการแพรทวดไดเปนผลรวมของคาสมประสทธการเคลอนทและคาสมประสทธการแพรการหมน ปฏสมพนธระหวางอนภาคเปนปจจยทส าคญตอการแพรของอนภาคทท าการทดสอบ ซงปฏสมพนธมดวยกนหลายรปแบบตงแตแรงดนน าไหล แรงผลกจากไฟฟาสถต ไปจนถงแรงดงดดอยางแรงแวนเดอรวาลส ซงปฏสมพนธตาง ๆ เหลานสามารถเกดพรอมกนได ดงนนผลการวดคาสมประสทธการแพรจงไมใชสมบตของอนภาค แตเปนสมบตของอนภาคทงหมดทแขวนลอยอยในตวกลาง

ข.4 กำรวดตวอยำงควำมเขมขนสง ส าหรบตวอยางทไมทราบขอมลนนท าใหไมสามารถคาดคะเนไดวาความเขมขนเทาใดทท าใหเกดขอจ ากดทกลาวไวขางตนซงสงผลตอขนาดปรากฏของอนภาค ดงนนควรวดคาทหลายความเขมขน กรณวดคาทความเขมขนสงขน การกระเจงแสงแบบทวคณ ปฏสมพนธระหวางอนภาค รวมถงผลกระทบอน เชนความไมเปนทรงกลมของอนภาค อาจสงผลตอขนาดทวดได ในกรณนจงตองวดคาความเขมขนหลายจดจนถงคาศนยเพอใชประเมนคานอกชวง เพอใหไดผลการวดทไมเอนเอยง ในระบบคณภาพควรท าการหาคาความเขมขนสงสดทสามารถท าการวดไดของแตละวสด ซงหมายถงกระบวนการตรวจสอบความใชไดของการทดสอบดวยเครองมอนน ๆ และควรระมดระวงในการเจอจางตวอยางเนองจากขนาดอนภาคอาจมการเปลยนแปลงเนองจากการเปลยนแปลงทางเคมของตวอยาง อยางไรกตามสามารถใชสมการสโตกสและไอสไตนค านวณขนาดของอนภาคทความเขมขนเฉพาะเพอใชในการควบคมคณภาพแมวาขนาดอนภาคอาจมคาไมเทากบขนาดอนภาคในตวอยางทเจอจางตามมาตรฐาน ISO 13321