膜孔径测定方法

中空纤维器膜孔径特征表征方法概述叶成红【期刊名称】《《中国医疗器械信息》》【年(卷),期】2019(025)017【总页数】3页(P29-31)【关键词】中空纤维膜; 孔径; 孔径分布【作者】叶成红【作者单位】国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心北京 100081【正文语种】中文【中图分类】R318.08血液净化技术包括用于治疗肾功能不全患者的血液透析、血液透析滤过、持续性肾脏替代治疗（CRRT）、血液/血浆灌流、血浆分离等，是临床治疗急慢性肾功能衰竭及相关疾病的主要手段。

在该治疗过程中，需对患者引出体外的血液进行处理后部分或全部返回患者体内，对血液的处理效果一定程度上决定了净化的效果。

对血液处理的产品绝大部分属于中空纤维类产品，如中空纤维透析器、中空纤维血浆分离器等，其利用中空纤维膜的多孔结构实现处理效果。

以血液透析器产品为例，产品一般包括外壳、中空纤维膜、端帽等组件组成，纤维属于透析器的核心部件，治疗时，血液中的尿素、肌酐、尿酸等有毒物质及体内潴留过多的水分通过弥散、对流等方式扩散至透析液侧，同时人体需补充的相关离子从透析液中扩散至血液侧，进而达到纠正电解质、酸碱平衡紊乱的治疗作用。

由此可见，中空纤维膜的孔径特性（如孔径、孔径分布、孔隙率等）在一定程度上决定了相关产品的性能。

本文简述了中空纤维膜孔径的常见表征手段，以期对相关产品的研制和质量控制提供参考。

1.血液净化类中空纤维膜简介膜制品在医疗器械的生产及使用中应用广泛，如输液过滤膜、空气过滤膜、反渗膜等。

一般来说，可根据其孔径大小可分为反渗膜（RO膜，＜1nm）、透析膜（2～5nm）、超滤膜（UF，2～100nm）和微滤膜（MF，100nm～2μm）。

对血液净化类产品而言，其膜孔径范围一般在几纳米到几十纳米，涵盖前述透析膜和超滤膜范围。

在此区间的膜表面不属于常规肉眼可见的筛网状，除表面孔状结构外，内部实际属于弯曲通道，并且有一定深度。

一定程度上膜孔径及孔径分布的大小决定了相关产品对目标物质清除或过滤的能力和效率，因此对膜孔径特性的表征就非常重要。

如何表征膜的孔径?如何测定微滤膜孔径?
微滤膜的孔径可以用最大孔径、平均孔径和孔径分布来表征。

孔
结构不同的膜，孔径测定方法也有所不同，一般有直接法和间接法。

直接法分为电子显微镜观察法和X射线小角度散射测量法。

间接测定法是利用一些与孔径有关的物理现象，通过实验测出各有关物理参数，并在孔隙为均匀直通孔的假设条件下计算出孔隙的等效孔径。

间接测定法有泡点法、压汞法、渗透法、气体流量法、已知颗粒通过法、干湿空气滤速法等。

柱状孔膜的孔径大小可以通过扫描电镜直接观察得到；弯曲孔膜的孔径大小需要通过间接测定。

多通道陶瓷超滤膜孔径分布及截留率测定曾坚贤, 邢卫红, 徐南平(南京化工大学膜科学技术研究所, 江苏南京210009)摘要: 本文对工业化多通道陶瓷超滤膜进行了研究, 以异丁醇- 蒸馏水体系用液- 液排除法测定了超滤膜的孔径及孔径分布, 对同一膜管及体系, 进行了重复性实验, 测定了膜的截留率, 比较了截留率与孔径及孔径分布的关系, 讨论了操作条件对截留率的影响, 为工业化膜的制备及选取提供指导。

关键词: 多通道陶瓷超滤膜; 孔径及孔径分布; 液- 液排除法; 截留率中图分类号: TQ 028. 8 文献标识码: A文章编号: 100023770 (2001) 0520249206液- 液排除法1- 6 属于动态测定方法, 能测定膜的活性孔径分布, 浸润剂和渗透剂之间的表面张力相对较低, 使测定压力大大降低。

又浸润剂和渗透剂互不相溶, 故溶解携带影响很小, 而且液体在孔内的流动理论相对较成熟, 由传递规律即可导出孔径分布函数。

因此液- 液排除法较其他方法更适应于测定工业化多通道超滤膜孔径及孔径分布。

超滤膜的另一重要参数就是膜的选择性1, 2, 6 210 , 用切割分子量(M W CO ) 来表征, 超滤膜主要用于分离、提纯和浓缩大分子物质, 因此, 用一系列已知分子量的大分子标准物质来测定M W C O , 将与实际应用体系更为接近, 更能反映膜的实际分离选择性能。

就目前而言, 对陶瓷超滤膜的表征都局限在实验室规模的基础上, 对工业化多通道膜的表征还未见文献报道。

本文以7 通道膜管为研究对象, 以液- 液排除法来测定膜的分离层孔径分布, 用聚乙二醇来表征膜的截留性能, 并较详细地讨论了操作条件对截留率的影响。

长为240mm , 管外径30mm , 通道内径5mm , 以A l2O 3 为支撑体和过渡层, Z r O 2 为分离层。

1. 2 试剂及仪器蒸馏水: 自制; 异丁醇: 分析纯, 上海试剂一厂生产; 聚乙二醇2000, 4000, 6000, 10000, 20000 进口分装。

铝及铝合金阳极氧化氧化膜封孔质量的评定方法
1.膜封孔率：膜封孔率是指氧化膜表面封孔的百分比，封孔率越高，氧化膜的密封性就越好。

测定膜封孔率通常采用压汞法或染色法等方法。

2. 膜孔径分布：膜孔径分布是指氧化膜表面孔径的分布情况，孔径均匀分布的氧化膜密封性更好。

测定膜孔径分布通常采用电子显微镜等方法。

3. 膜厚度：膜厚度是指氧化膜的厚度，通常越厚的氧化膜密封性越好。

测定膜厚度通常采用显微镜、X射线衍射仪等方法。

4. 膜质量：膜质量是指氧化膜的质量，包括膜的致密性、结晶度、化学成分等。

测定膜质量通常采用扫描电镜、能谱分析仪等方法。

综上所述，评定铝及铝合金阳极氧化氧化膜封孔质量需要综合考虑膜封孔率、膜孔径分布、膜厚度和膜质量等多个因素。

采用合适的测试方法，可对氧化膜的质量进行准确评估。

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Image J软件测量微弧氧化膜层表面孔隙率、孔径及其厚度的步骤先根据需要测定的照片设定标尺（见附录），后将去除标尺的清晰SEM照片打开，具体步骤：Fil e →Open→打开一、测量表面孔隙率的步骤：1.Analyze→Set Measurements→Area, Area Fraction, Limit toThreshold→OK2.Image→Adjust→Threshold→Apply→OK3.Analyze→Measure→Results4.Results→File →Save As→保存二、测量表面孔径的步骤：1.Analyze→Set Measurements→Area, Circularity, Feret’sDiameter,Limit to Threshold→OK2.Image→Adjust→Threshold→Apply→OK→Results（在设定灰度值的同时可以改变填充时的颜色）3.Analyze→Analyze Particles→Show：Ellipses→OK →Results（检验填充是否合理）4.Results→File →Save As→保存5.Results →Distribution→Parameter →Feret →OK →Feret Distribution（对孔径分布给出具体分析）6.Analyze→Analyze Particles→Show：Ellipses →Size(μm2):0-Infinity →OK →Results（孔径测量中下限值的设定）三、测量膜层厚度的步骤：1. 将图片改为RGB Color格式Image →Type →RGB Color2. 用Pencil Tool在需要测量的膜层厚度处画出直线，直线的宽度可在Pencil Tool工具栏中的Pencil Width中调整，直线的颜色可在Color picker工具栏中选择。

薄膜孔径测试标准薄膜孔径测试是用于确定薄膜材料孔隙或微孔大小的一种方法。

以下是一些与薄膜孔径测试相关的常见标准：1.ASTM F316-03（2017）- Standard Test Methods for PoreSize Characteristics of Membrane Filters by Bubble Point and Mean Flow Pore Test:•该标准涵盖了使用气泡点法和平均流孔试验法测试膜过滤器孔径特性的方法。

2.ISO 4003:2017 - Rubber, Vulcanized or Thermoplastic --Determination of Pore Free Volume:•该国际标准规定了测定硫化橡胶或热塑性橡胶孔隙体积的方法。

3.ISO 17892-14:2016 - Geotechnical Investigation and Testing-- Laboratory Testing of Soil -- Part 14: Determination of Permeability by Flowing Pressure Head:•该标准描述了通过流动压力头法测定土壤渗透性的实验室测试方法。

4.ISO 13320:2009 - Particle Size Analysis -- Laser DiffractionMethods:•虽然主要用于颗粒尺寸分析，但激光衍射方法也可以用于薄膜孔径测试，特别是用于确定薄膜中微孔的尺寸。

请注意，这只是一小部分与薄膜孔径测试相关的标准，具体应根据您使用的薄膜类型和应用领域来选择适当的标准。

在进行薄膜孔径测试时，建议参考相关的国际标准组织（例如ASTM、ISO）或行业标准组织发布的标准以确保准确性和可重复性。

膜孔隙率的几种常用测试方法在薄膜、中空纤维膜等膜材料的应用与研究中，孔隙率是一项常用的重要指标。

孔隙率一般被定义为多孔膜中，孔隙的体积占膜的表观体积的百分数，即：ε=V 孔/V 膜外观。

孔隙是流体的输送通道，这里的“孔隙”准确的说应该指“通孔孔隙”。

通常研究人员希望采用此参数来评价膜的过滤性能、渗透性能和分离能力。

但由于定义以及测试方法限制等原因，造成目前大家经常看到的和并被普遍应用的“孔隙率”这个参数中的“孔隙”，并非指的是“通孔孔隙”，所以，这种定义的孔隙率，与膜的过滤性能、渗透性能、分离能力并不构成正相关性。

也就是说，孔隙率大的，过滤性能并不一定好；渗透率为零，孔隙率不一定为零。

对于泡压法原理的贝士德仪器膜孔径分析仪，如果膜上的孔非理想的圆柱形孔，其实是不能用来分析孔隙率的，因为该原理的仪器测试出来的孔径分布是通孔孔喉的尺寸信息。

用通孔孔喉尺寸计算得到孔面积，从而依据ε=V 孔/V 膜外观=S 孔/S 膜外观来计算出的孔隙率，这个值在实际中会远小于目前常用方法所得到的孔隙率。

只有当该膜的孔为理想的圆柱孔时，即孔喉和孔口的尺寸相同且无其它凸凹、缝隙结构时，由通孔孔喉尺寸得到的孔隙率才与目前常用方法得到的孔隙率接近（这种情况在实际中几乎不存在）。

下面列举膜孔隙率的几个常用测试方法：方法一：称重法（湿法、浸液法）原理：根据膜浸湿某种合适液体（如水等）的前后重量变化，来确定该膜的孔隙体积V 孔；该膜的骨架体积V 膜骨架可以通过膜原材料密度和干膜重量获得；则该膜的孔隙率：ε=V 孔/V 膜外观=V 孔/(V 孔＋V 膜骨架)方法二：密度法（干法、体积法）原理：见如下公式推导，所以，只需要膜原材料的密度ρ膜材料和膜的表观密度ρ膜表观，就可计算得到孔隙率ε。

其中表观密度ρ膜表观可由外观体积和质量获得。

ε=V 孔/V 膜外观=(V 膜外观－V 膜骨架)/V 膜外观＝（ρ膜表观－ρ膜材料）/ρ膜表观方法三：气体吸附法原理：根据低温氮吸附获得孔体积，从而得到孔隙率。

你的膜材料孔径分析准确吗？----------深入研究孔径几种测试方法一，气体吸附法1.测试原理：根据低温氮吸附获得孔体积，从而得到孔隙率。

该方法只能获得200nm以下尺寸孔结构的孔体积，无法表征200nm以上孔的信息，对于大量滤膜不适用2.孔径测试范围：0.35-500nm3.测试膜材料孔径缺点：测试孔径范围0.35-500nm；对于微米级别的孔则无法测试；隔膜材料中通孔的孔喉直径(即通孔最窄处的直径)是最关键，最重要的，而氮吸附测试不区分通孔和盲孔，所以孔径测试误差会很大4.方法测试原理图：二，压汞法1.测试原理：借助外力，将汞压入干燥的多孔样品中，测定渗入样品中的汞体积随压力的变化关系，并据此计算样品的孔径分布。

该法将不透气的U形孔也折算进去，因此测定结果的参考价值不大。

如果想测试较小孔径，如100nm 以下，需要非常大的压力（20MPa以上）才能把汞注入材料孔道内，这样大的压力是一般材料承受的，在高压下，膜材料的孔结构会变形甚至压垮，致使结果偏离理论值；2.孔径测试范围：50nm-500um3.测试膜材料孔径缺点：（1）孔径范围：50nm-500um；如果想测试较小孔径，如100nm以下，需要非常大的压力（20MPa以上）才能把汞注入材料孔道内，这样大的压力是一般有机材料不能承受的，在高压下，膜材料的孔结构会变形甚至压垮，致使结果偏离理论值；但是对于泡压法，对材料施加的压力要小得多；（2）同氮吸附一样，压汞法无法区分通孔和盲孔，更无法表征孔喉处的尺寸。

4.仪器图片三，泡点法1.测试原理：当孔道被液体润湿剂封堵时，由于润湿剂表面张力的作用，此时如果用气体把孔打开的话，则需要给气体施加一定的压力，而且孔越小则开孔所需压力越大。

通过对比多孔材料在干燥与湿润状态下压力与气体流量之间的关系曲线，按照一定的数学模型计算就可获得样品的孔径分布。

2.孔径测试范围：20nm-500um3.对气液排出法而言，由于气液界面张力较大，只能通过加大气体压力来测量更小的孔径，但是高压易导致漏气、样品变形、压力降等一系列问题。

水处理设备中各种膜元件的执行标准来源：网络发布时间：2016-2-20 17:48由于我国分离膜行业发展较晚，出台的国家标准和行业标准较少，其中膜与膜组件标准有21项，与膜产品相关的装置标准有24项，全部为推荐性标准，除5项为国家标准外，其他均为行业标准，主要是海洋行业标准，为27项。

标准作为行业发展的一个重要步骤，起着肯定已有成果、引导行业发展方向的重要作用，具有很强的指导性。

因此相关标准的制定对促进膜产业科学化、规范化管理，引导膜产业朝着健康有序的方向发展，推动膜技术广泛应用起到了重要的技术支撑作用。

1. 膜产品技术指标膜产品的相关性能指标繁多，主要有分离透过性能、物理性能和化学性能三大类，其中分离透过性能包括:产水量、水通量、纯水透过率、截留分子质量(切割分子质量)、截留率、脱盐率、回收率、最大孔径、平均孔径、孔径分布、孔隙率、气密性及完整性等;膜物理性能有:结构性能(外观、膜面积、膜厚、膜丝内外径)、机械性能(拉伸强度、爆破强度、弯曲强度、柔润指数、断裂伸长率)、电性能(荷电性、Zeta电位)、亲水性(接触角)及耐热性(最高操作温度)等;膜化学性能有:化学稳定性(化学相容性)、耐氧化性(短时余氯耐受限度、过氧化氢耐受限度)、耐酸碱性(运行及清洗pH范围)及耐污染性能等。

膜分离透过性能反映了滤膜的适用范围，物理性能和化学性能反映了滤膜的使用条件。

膜分离透过性能是膜产品最重要的技术指标，相关研究和测试方法较多，也是现有膜产品标准的主要技术内容，膜物理和化学性能指标除结构性能外，相关标准还是空白。

2. 膜与膜组件标准分析膜产品按膜分离过程分类为微滤(MF)膜、超滤(UF)膜、纳滤(NF)膜、反渗透(RO)膜及离子交换膜等;按膜组件型式分类可分为平板膜、卷式膜、中空纤维膜(柱式、帘式)及管式膜、碟管式膜等。

2.1 通用标准通用标准包括《膜分离技术术语》(GB/T20103—2006)和《膜组件及装置型号命名》(GB/T20502—2006)。

目次1 范围 (3)2 规范性引用文件 (3)3 术语和定义 (3)4 方法原理 (4)5 仪器设备 (4)6 试剂和材料 (4)7 样品准备 (5)8 测试步骤 (6)9 检测报告 (6)附录A（规范性附录）纳米多孔材料测试装置 (7)附录B（规范性附录）荧光探针浓度测试方法 (8)附录C（规范性附录）纳米多孔材料孔径测量示例 (9)附录D（规范性附录）推荐的测试报告格式 (10)纳米技术纳米多孔材料孔径及孔径分布测试方法荧光探针法1范围本标准规定了利用荧光探针法测量纳米多孔材料孔径的测量方法。

本标准适用于存在纳米孔结构的材料的平均孔径测量，评价材料的过滤性能，孔径的测量范围从3 nm ∼ 17 nm。

本标准适用于块状、膜状或片状材料，不适用于粉末状材料。

2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 30544.1 纳米科技术语第1部分：核心术语GB/T 30544.4 纳米科技术语第4部分：纳米结构材料GB/T 30544.6 纳米科技术语第6部分：纳米物体表征GB/T 21650.1 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第1部分：压汞法GB/T 38949 多孔膜孔径的测定标准粒子法GB/T 38516 可渗透性烧结金属材料中流量平均孔径的测定GB/T 5750.12 生活饮用水标准检测方法第12部分：微生物指标3术语和定义GB/T 30544.1、GB/T 30544.4、GB/T 30544.6、GB/T 21650.1、GB/T 38949、GB/T 38516界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1 纳米多孔材料nanoporous materials存在纳米孔的固体材料。

[GB/T 30544.4，定义3.4]3.2纳米孔nanopore至少一个维度处于纳米尺度，其中可能包含气体或液体的孔洞。

有机高分子膜孔径
有机高分子膜孔径是指有机高分子膜中孔洞的直径大小。

有机高分子膜是一种由有机高分子材料制成的薄膜，广泛应用于分离、过滤、渗透等应用领域。

膜孔径是膜的一个重要参数，它决定了膜的透过性能和选择性。

有机高分子膜孔径的大小可以通过多种方法进行测量和表征，如称重法、电镜观察法、压汞法等。

不同的测量方法可以获得不同的孔径分布信息，因此在实际应用中需要根据具体需求选择合适的测量方法。

有机高分子膜孔径的大小和分布对其应用性能有着重要影响。

例如，在过滤应用中，膜孔径的大小决定了能够通过膜的颗粒物的大小和数量；在渗透应用中，膜孔径的大小和分布决定了渗透通量和选择性。

因此，对有机高分子膜孔径的精确控制和优化是实现其最佳应用性能的关键。

总之，有机高分子膜孔径是指有机高分子膜中孔洞的直径大小，是膜的一个重要参数。

其大小和分布对其应用性能有着重要影响，因此在实际应用中需要根据具体需求选择合适的测量方法和优化控制。

纳滤膜测试方法纳滤膜是一种常用的膜分离技术，被广泛应用于水处理、食品加工、制药、生物技术等领域。

为了确保纳滤膜的性能和质量，需要进行一系列的测试。

本文将介绍纳滤膜测试的方法和步骤。

一、纳滤膜孔径测试纳滤膜的孔径是其重要的性能指标之一，常用的测试方法有扫描电子显微镜（SEM）和气体渗透法。

1. SEM测试SEM是一种常用的表面形貌观察方法，通过扫描电子束照射样品表面，利用样品表面反射、散射和次级电子发射等原理，获取样品表面形貌信息。

在纳滤膜测试中，可以通过SEM观察纳滤膜的孔径大小和分布情况。

2. 气体渗透法气体渗透法是一种间接测量纳滤膜孔径的方法。

通过将气体在纳滤膜上的渗透速率与孔径大小建立关系，可以推断出纳滤膜的孔径大小。

常用的气体有氮气和氦气，通过测量气体的渗透量和压力差，可以计算出纳滤膜的孔径。

二、纳滤膜通量测试纳滤膜通量是指单位时间内通过膜面积的溶质量或溶液体积，是评价纳滤膜分离性能的重要指标之一。

常用的测试方法有体积法和质量法。

1. 体积法体积法是通过测量单位时间内通过纳滤膜的溶液体积来计算通量的方法。

首先将待测试的溶液注入纳滤膜测试装置中，然后通过控制压力差使溶液通过纳滤膜，同时记录通过的溶液体积，最后根据所用的时间和膜面积计算通量值。

2. 质量法质量法是通过测量单位时间内通过纳滤膜的溶质量来计算通量的方法。

类似于体积法，首先将待测试的溶液注入纳滤膜测试装置中，然后通过控制压力差使溶液通过纳滤膜，同时记录通过的溶质量，最后根据所用的时间和膜面积计算通量值。

三、纳滤膜截留率测试纳滤膜的截留率是指纳滤膜对溶质的截留能力，是评价纳滤膜分离性能的重要指标之一。

常用的测试方法有浓度法和色谱法。

1. 浓度法浓度法是通过测量溶液在进入和离开纳滤膜之前的浓度差来计算截留率的方法。

首先将待测试的溶液注入纳滤膜测试装置中，然后通过控制压力差使溶液通过纳滤膜，同时记录进出口溶液的浓度，最后根据浓度差计算截留率。