激光粒度仪法与传统沉析法的对比分析

激光粒度仪法与传统沉析法的对比分析

何文亮,张沈阳

(浙江省河海测绘院,浙江　杭州　310008)

摘　要:MS2000激光粒度分析仪是先进的泥沙颗粒分析仪器,目前已广泛应用。通过MS2000激光粒度分

析仪与传统泥沙颗粒分析方法的比测试验,分析2种分析法在不同粒级下产生差异的原因,建立了MS2000激光粒度分析与传统泥沙颗粒分析成果之间的转换关系,以解决历史泥沙颗粒分析资料的连续性和一致性。

关键词:泥沙级配;MS2000激光粒度仪;沉析法

中图分类号:TU411 文献标识码:A 文章编号:1008-701X (2013)04-0014-03

Comparative Grading Analysis of Laser Particle Size Analyzer and Conventional Precipitation Method

HE Wen -liang ,ZHANG Shen -yang

(Zhejiang Surveying Institute of Estuary and Coast ,Hangzhou 310008,Zhejiang ,China )

Abs tract :MS2000Laser Particle Size Analyzer is an advanced equip ment with wide application .Through comparative experiments using MS2000conventional precipitation methods ,the paper analyzes the causes of discrepancies under different particle gradings .A convers ion of results from the two methods is established to achieve continuity and consistency of past data .Key words :sediment grad ing ;MS2000Laser Particle Size Analyzer ;precipitation method ;correlation

收稿日期:2013-02-22

作者简介:何文亮(1975-),男,技师,大专,主要从事工程测量工作。

1　问题的提出

国家“948”项目《激光粒度分析仪引进与应用》引进了英国马尔文仪器有限公司生产的激光粒度分析仪Master Sizer2000(简称MS2000),一改传统的泥沙颗粒分析操作繁琐、费工费时、效率低、劳动强度大、自动化程度低的缺点,且解决了黏土(D <0.002mm )颗粒产生布朗运动、严重影响分析成果的质量问题,目前该仪器已得到了广泛应用。但传统的泥沙颗粒分析方法应用了数十年,积累了大量的资料,MS2000激光粒度仪分析成果与历史资料衔接,以保持资料的连续性,对研究泥沙的长历时运动具有较大的意义。

为了保持浙江沿海尤其是近50多年来钱塘江泥沙颗分析资料的连续性和一致性,开展了MS2000激光粒度仪与传统方法的对比实验,在此基础上,深入研究激光粒度仪与传统方法的相关关系。

2　分析原理的比较

2.1　传统方法分析原理

传统的泥沙颗粒分析方法,分为直接观测法和水分析法。直接观测法采用卡尺直接测量较大颗粒的长、宽、高

三轴尺寸,用几何平均或算术平均法求其平均的粒径;或采用1组一定孔径的筛,将干沙倒入孔径大小次序重叠放置的筛中,经振筛机振动后,用万分之一天平称测各孔径上的泥沙重量,计算小于某粒径沙重百分粒。水分析法是根据不同粒径的泥沙在静水中的不同沉降速度,利用有关沉降公式,测定泥沙颗粒级配。通常采用粒径计法、沉析法和消光法[1]。

2.2　MS2000激光粒度分析仪原理

通过激光器发出的单色光,经光路变换为平面波的平行光,射向光路中间的透光样品池,分散在液体中大小不同的泥沙颗粒遇光发生不同角度的衍射、散射,衍射和散射后产生的光投向在不同方向的光信息接收器,经光电转换将信息传给微机进行处理,转化成粒子的分布信息[2]。

3　样品来源与实验方法

3.1　样品来源

选择浙江沿海杭州湾、台州湾、温州湾及钱塘江的悬沙和底质样品。其中,悬沙采用横式采样器,每次采样容积10L ;底质取样采用抓斗式采样器,单个样品不少于500g 。取好样品的瓶(袋)贴上标签,并对底质进行物理描述。

3.2　实验方法

样品进入实验室后,清除掉试样中的杂草漂浮物等非沙特质,加入双氧水进行有机质处理;然后加入0.5moL /L 的六偏磷酸钠溶液浸泡24h ,每隔8h 轻轻搅拌1次,使样

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14·第4期　总第188期

2013年7月浙江水利科技Zhejian g Hydrotechnics No .4　Total No .188

July 2013

品充分分散;样品经上述处理后搅拌均匀,按4分法取样,其中,2份采用传统方法分析,2份采用MA2000激光粒度分析仪分析。按GB/T12763.8—2007《海洋调查规范》规定,粒组标准采用“等比制Υ值粒径标准”,基本的粒径分级为1,2,4,8,16,32,63μm[1,3,4]。

3.2.1　传统方法分析

主要采用筛分法结合沉析法。将分析样倒入孔径63μm 的筛中,用高压蒸馏水冲洗,使小于63μm的物质充分冲洗入量筒。筛上部分烘干后,进行振筛,并逐级采用万分之一电子天平称量,求出各粒径的质量分数;筛下部分在一定容积的量筒内,充分搅拌均匀后,按斯托克斯公式计算沉速(时间:s),在一定的位置,吸取一定的悬液,经烘干称重后,求出各组粒级质量分数;最终对2种方法测得的结果进行全沙级配分析[1,3]。3.2.2　MS2000激光粒度分析仪分析

该仪器分析粒径范围在0.02～2000.00μm,故对于分析样品而言,除极个别底质需过筛处理外,一般样品均可完成分析。将样品浓度处于分析状态,一般控制仪器显示10～20,分析后微机直接显示成果。

上述分析均进行2个样品的平行测试,若达不到相关规范要求,重复测试。

4　比测结果

4.1　中值粒径与颗粒级配对比分析

中值粒径是指在对数概率累积频率曲线图中50%所对应的悬沙粒径值,是悬沙粒度统计中的一个重要参数。比测结果(见表1)表明,采用MS2000分析的中值粒径均大于沉析法的中值粒径。

表1　激光法与沉析法比测成果表

样品编号样品来源分析方法

小于某粒径沙重百分数/%

63.00μm32.00μm16.0μm8.0μm4.0μm2.0μm1.0μm

中值粒径

/μm

1#钱塘江闸口底质激光法95.4058.7024.316.210.35.827.6沉析法97.8080.5028.620.417.815.621.9

2#钱塘江盐官底质激光法83.8029.3010.26.23.42.141.2沉析法97.9048.7013.49.68.66.933.2

3#钱塘江尖山悬沙激光法96.6061.9036.623.012.96.83.425.0沉析法99.6465.3030.721.616.913.624.9

4#钱塘江乍浦底质激光法99.9292.2072.146.223.411.08.9沉析法99.5493.8078.560.047.538.84.8

5#钱塘江乍浦底质激光法99.3685.2060.539.221.410.811.6沉析法99.6290.6063.749.739.832.18.1

6#钱塘江乍浦悬沙激光法99.2594.7078.349.322.910.34.78.3沉析法99.2895.5087.077.165.753.1<2.0

7#舟山悬沙激光法98.5091.9074.547.724.211.45.28.5沉析法99.9396.7086.066.951.940.53.6 8#舟山底质激光法97.5087.1066.843.524.111.85.49.9沉析法100.0090.8074.257.946.035.15.4 9#台州湾悬沙激光法100.0097.9084.457.730.113.55.76.7沉析法100.0099.3997.389.171.854.5<2.0

10#台州湾底质激光法97.9094.0080.557.232.415.26.46.6沉析法100.0099.0794.581.864.648.02.1

11#玉环悬沙激光法99.8398.2088.059.729.112.95.86.5沉析法100.0099.1697.086.871.454.2<2.0

12#玉环底质激光法99.6693.7077.752.327.813.26.17.6沉析法99.6095.7085.568.551.837.74.0

13#三门湾底质激光法99.5295.5082.257.831.714.86.46.6沉析法100.0097.7090.978.463.145.92.4

4.2　原因分析

激光法与沉析法得到的中值粒径有所差异,且MS2000分析的中值粒径大于沉析法的中值粒径,究其原因是分析原理不同。传统沉析法受其分析原理(沉降)的局限性,泥沙下沉过程中相互碰撞产生紊动,尤其当样品中小颗粒占优时,产生布朗运动状态而不再沉降,因此小颗粒所占比例增大,其误差成倍增加;而MS2000基于ISO13320激光衍射方法粒度分析国际标准,消除了人为操作误差(沉析法中的吸取水样量值等)和外部环境影响(泥沙在介质中的紊动与布朗运动等),对粒径较细的样品分析其技术优势尤为明显。表1中1#、2#、3#样品多数属粗粉砂(中值粒径大于32μm)类型,中值粒径差值较小,而6#、9#、11#样品多属极细粉砂(中值粒径小于8μm),中值粒径差值较大。

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