【好词多“磨”】研磨的艺术-系列3

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不同材料的粉碎方法

样品类型不同使用的粉碎方法也不同，一般而言，硬脆材料往往用冲击力、压力和摩擦力来粉碎，而软性和弹性材料则需要切割和剪切。

1、坚硬的材料

• 压力：在两个固体表面施加压力，可以来自研磨工具的表面或者其他颗粒的表面。

• 冲击力：在颗粒表面的力，可以来自研磨工具或来自其他颗粒。主要是由单边和对立的粒子加速造成的。

• 摩擦力：两个颗粒表面之间的力，由一个表面的垂直压力和另一个表面的同时移动形成。

2、软性和弹性的材料

• 剪切：两个或更多的固体表面之间相反方向的力产生的剪切效应。

• 切割：两个或多个尖锐边缘表面的力，至少有个固定的和一个移动的切削刃。

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研磨工具

莱驰研磨仪功能强劲，操作方便。然而由于样品的多种多样，对设备的要求也是变化多端。因此，莱驰还提供广泛的配件以供应用优化。例如，针对不同性质和处理量的样品，球磨仪的研磨罐容量，研磨球大小和材质都可选择。研磨球的密度和质量决定了研磨的能量。一般来说研磨罐和研磨球会选择同一种材质。所有的研磨工具都可以有不同材质选择以保证样品制备的无污染。

研磨工具材质：

• 金属类（不锈钢，碳化钨，铸铁，钛）

• 陶瓷类（氧化锆，氧化铝，硬瓷，氮化硅）

• 天然石材（玛瑙）

• 塑料（聚四氟乙烯）

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研磨设备

择合适研磨设备所需要考量的方向：

样品的硬度和破碎表现 

研磨设备的材质一定要比样品硬度更高才能避免磨损。例如，石英砂样品可以用氧化锆但不能用玛瑙材质研磨。

耐磨性

耐磨性是物质的耐磨能力。氮化物和氮化硅就非常耐磨，同时样品的性质和进样尺寸也会影响设备耐磨性。

研磨中的可能污染

物理研磨过程中必然有磨损，因此研磨工具的材质一定要被考虑到是否会造成样品的污染和影响到后续分析（例如不锈钢可能会带入铬和镍元素，会影响重金属分析）陶瓷类（氧化锆，氧化铝，硬瓷，氮化硅）。

能量输出

球磨和振动盘磨仪的能级输出和研磨材质有密切关系，例如碳化钨的研磨球就会有很高的能量输出值，最 终导致研磨效果很好。这是由于同样尺寸的研磨工具，密度高就会有更高的输出能值。

土壤样品做铁、铬和钴元素的分析时，硬质钢和不锈钢材质都不适合选作研磨工具；水泥块样品做钙和二氧化硅分析时，不锈钢材质就很适合选作研磨工具； 聚四氟乙烯、氧化锆、氮化硅和玻璃都可以做灭菌处理，因此都很适合做食品和微生物样品处理；医药产品可以选用陶瓷或玛瑙研磨工具以避免样品的污染。

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Q  为什么要缩小尺寸？

A  只有通过可重复的样品制备才能保证可靠和准确的分析样品的制备。“研磨的艺术"系列描述了将实验室样品转化为具有代表性的部分样品的过程，从而使得样品具有均匀的分析细度。

当固体或散装材料的颗粒太粗或样品太小时，就需要对其进行粒度减小。颗粒太粗或样品太不均匀，无法进行后续处理，如分析、分割、混合或进一步处理。任何后续分析的标准偏差。分析的标准偏差可以通过减小颗粒大小和均匀化来大大降低。

均质化

通常情况下，实验室样品中只有几克或几毫克。如果样品是不均匀的，这个小量的样品并不代表整个样品，因为某些成分可能代表过高或完全缺失。因此样品必须是同质的以确保可靠和有代表性的分析结果。

分析细度

在研磨中一个典型要求是将样品架磨得”越细越好“，这涉及到时间和资源的高投入，反过来又增加了成本。更有效的方法是，对样品材料的分析细度要求取决于分析方法或进一步加工。大多数方法要求细度范围是20微米到2毫米。由于产品的特性（例如挤压、过滤或吸收能力）经常受到颗粒大小的影响，在实验室规模上的尺寸缩小对于开发新产品或生产过程也是至关重要的。

总之，根据材料的质量采用不同的尺寸缩小来获取所需的细度。大颗粒不可能总是在一个步骤中被研磨到分析性细度。在某些情况下，可以在同一台研磨机中进行粗磨和细磨，有时则需要两台研磨机或粉碎机。

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样品研磨前的准备要点

为了达到减少颗粒尺寸的效果，要选择与材料相契合的研磨方式。在选择合适的仪器之前，有必要对材料进行全面评估，对密度、硬度、粘稠度、残余水分或脂肪含量等适当进行指标检查。研磨的成功与否还可能受到温度稳定性、结块倾向或表面反应的影响。因此，在任何情况下，进行研磨前应始终考虑到后续的分析要求。样品前处理中常见的操作如下：

1、样品分配

如果初始粒度过大，必须在样品分割前进行初步的粒度还原。分样方法和仪器选择取决于样品材料和数量。干燥的、自由流动的样品可以选择振动进样器，低流动性材料可以选择带旋转分样头的分样器。

2、烘干

大多数情况下，潮湿的样品需要进行干燥，并且在选择干燥方法和温度时，必须注意不要以任何方式改变待测样品的特定。有几个例外，胶体研磨只能通过添加液体在球磨机中进行，新鲜水果和蔬菜可以在刀式研磨仪种进行均质化处理，不会有材料损失。

3、金属分离

固废或二次燃料等样品通常含有金属成分，不能用实验室研磨机进行粉碎，相反，有些金属物体会损坏研磨工具，因此，在研磨前有必要对金属部件进行分离。

4、冷冻脆化

对温度敏感的材料，如塑料或橡胶，在研磨前需要先冷冻样品使之硬化或脆化，如果样品中含有挥发性物质，在研磨过程中必须预先处理，低温研磨也是首 选。

总之，在样品研磨之前需要确保样品已经经过了必要的处理，从而避免水分、结块、偏析、杂志等因素影响到研磨过程和后续分析的准确性。