1.划痕法

（1）原理和适用范围 划痕法（又名磨料试验法）是将杂质微粒置于显微镜载片与塑料片之间加压，使载片与塑料片相对旋转，从杂质微粒在塑料片上的弧形划痕来估量杂质微粒的硬度。此方法不需要复杂的仪器，操作简便、直观，但只能依划痕的有、无、深、浅估计微粒的硬度。

划痕法适用于较大杂质微粒的粗略硬度分析。

（2）基本分析过程

1）使用装备。尺寸为50mm×50mm的聚甲基丙烯酸甲酯的塑料片及同样尺寸的显微镜载片，加压旋转器等。

2）操作。操作可按如下步骤进行：

①将塑料片四周棱边磨钝，再用软刷或羚羊毛皮小心地除去灰尘。

②将杂质微粒置于显微镜载片上，点2～4滴机油L-AN10（按GB 443—1989《L-AN全损耗系统用油》）。

③将洁净的塑料片盖在载片上，并放到加压旋转器（结构见6.2节的介绍）的上下夹具之间，施加44～66N的压力，使之相对转动10～12次。

④将塑料片取下，用三氯乙烯淋洗，冲去杂质，干燥后目测划痕。

3）评定。依划痕的有、无、轻、重，纳入以下四个等级。

无（N）：塑料片上无擦痕。

轻（L）：当以光反射观察时，有很轻微的发丝状擦痕。

中（M）：可见与轻微发丝擦痕相同的擦痕，但可见擦痕不能由手指甲或手指感觉出来。

重（H）：有深痕或易见的痕迹与擦伤，且能用指甲感觉出来。

2.淤积指数法

（1）原理和适用范围 淤积指数法是评定小于5_μm颗粒的一种方法。大于5μm的污染物，往往在滤膜表面上以不太规则的方式形成相当松散的块状物，而小于5_μm的颗粒则容易堵塞滤膜的孔隙和流道。这样就减慢了过滤速度，在保持圆片滤膜的压力降为恒定的条件下，含有5μm以下微粒的油液流量的下降可用数学方法加以预测。淤积指数法就是描述在恒定压差下，通过滤膜的油液流量衰减的一个量纲为一的参数。在描述这种衰减时，淤积指数就是对被测油液中0～5μm范围颗粒的一种度量。

测定淤积指数的装置和试验程序很简单，且与油液性质如黏度、温度无关，只要这些参数在设定检测期间保持恒定就可以了。

淤积指数法是对其他清洁度分析方法的合理补充，因为微小尺寸范围的微粒用其他方法是难以处理的。

（2）分析方法 淤积指数的测定装置实际上是一个一端装有0.8μm滤膜的玻璃缸筒。把要做淤积性能测定的油液试样装进缸筒内，将重块压在活塞上端使样液在恒定的压差下通过滤膜，把规定容积的油液接连三次通过滤膜所需要的时间记录下来。第一次油液体积V₁量较小，于是，由流过时间所反映的流量接近于未污染油液预期的流量，第二次和第三次体积增量按V₃=2V₂来选取，这样淤积指数表示为

式中 S——淤积指数；

t₁，t2，t3——分别表示容积为V₁，V₂，V₃的油液通过滤膜的时间（s）。

淤积指数装置的结构和操作详见美国材料试验协会（ASTM）标准测试方法D4189—2007《StandardTestMethodforSiltDensityIndex（SDI）ofWater》。

3.原子吸收分光光度法

（1）原理和适用范围

1）原理。原子吸收分光光度法（又名原子吸收光谱分析法）是基于从光源辐射出具有待测元素特征谱线的光，光通过样液蒸气时，被蒸气中待测元素基态原子所吸收，从而由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定样液中待测元素含量。

2）特点。干扰少、准确度高，分析不同元素可选用不同元素的灯，以提高分析的选择性。基体和待测元素之间的影响较少。由于干扰少或干扰易于消除，试样只需经简单处理，就可以直接进行分析，因而可避免繁杂的分离和富集过程，易于得到准确的分析结果；在低含量分析中，精密度高，相对标准偏差能达到1%～3%，灵敏度高，用火焰法可测到10-6数量级，测定的含量范围广，既可做痕量组分分析，又可进行常量组分测定。应用无光焰原子吸收分光光度法，样液仅需5～100μL或5～100μg。

3）适用范围：原子吸收分光光度法适用于需精确定量分析杂质微粒的场合。

（2）方法的选定和条件的选择

1）方法的选定。在考虑试样中某种元素能否应用原子吸收分光光度法分析时，首先要看待测元素的灵敏度（能产生吸光度为0.0044Å的信号时，所对应的待测元素浓度）或检出极限（分相对和绝对的检出极限，前者为产生吸收信号为二倍噪声电平时所对应的待测元素浓度，后者是此时的量），见表6-13。

表6-13 原子吸收分光光度法测定部分元素的灵敏度和检出极限元素

注：1Å=10^-10m。

①用Perkin-ElmVr403型原子吸收分光光度计。

②用Perkin-ElmVr303型原子吸收分光光度计。

③用N₂O-C₂H₂火焰。

如果灵敏度达不到要求，可考虑采用提高灵敏度的方法：选择最灵敏的吸收线，选用小的狭缝宽度，选用标尺扩展，采用较小的灯电流，选择最佳火焰类型和状态，选用无火焰原子化器等，也可采用有机溶剂萃取、共沉淀、离子交换等富集和分离的方法。如有干扰元素存在，可考虑加入释放剂、保护剂、络合剂、缓冲剂和消电离剂等试剂来抑制干扰，还可在待测元素的浓度与吸光度呈线性关系的情况下，采用“标准加入法”来消除干扰。

2）条件的选择。进行分析方法试验时，必须做以下测定条件的实验：

①试样溶解方法及稀释倍数。

②仪器条件的选择，包括灯电流、测定波长、单色器狭缝宽度、火焰条件、燃烧器高度和检测系统的工作条件等。

③做标准加入回收实验，确定试样有无干扰，以便选择控制或消除干扰的方法。

④确定分析方法的准确度和精密度。

（3）干扰及其抑制

1）光谱干扰。这种干扰主要来自仪器和光源，有时也与共存元素有关，常见的光谱干扰有以下四种。

①在测定波长附近有单色器不能分离的待测元素的邻近线，可用减小狭缝的方法来抑制这种干扰。

②灯内有单色器不能分离的非待测元素的辐射，使用纯度较高的单元素灯可避免这类干扰。

③灯的辐射中有连续背景辐射，可用更换灯内的惰性气体或缩小狭缝宽度等办法解决，情况严重时，需要换灯。

④待测元素的分析线与另一元素的吸收线十分接近，如果试样中有这种元素，可另选测定波长或用化学方法分离干扰元素。

2）分子吸收。分子吸收是一种特殊的光谱干扰。在原子化时，其中存在某些基态分子，其吸收带与待测元素重叠，使吸光度增加。通常将这种不含待测元素的溶液引起的吸收称为分子吸收，有时也称为背景吸收，这主要有以下两个方面：

①火焰气体的分子吸收：可用零点扣除的办法解决。

②来自火焰本身或火焰中待测元素的辐射，可适当增加灯电流以提高辐射强度来改善信噪比。

3）化学干扰。引起化学干扰的原因是待测元素不能从它的化合物中全部分解出来。典型的化学干扰是待测元素与共存物质作用生成难挥发的化合物，致使参与吸收的基态原子数减少。有的是在火焰中容易生成难挥发氧化物的元素，如铝、硅、硼等。使用高温火焰可以减轻这种干扰。

（4）基本操作

1）样品的制备。取样瓶用2%（质量分数，下同）的硝酸溶液浸泡24h，再用离子水冲洗干净。样液如有悬浮物，将阻塞雾化器、燃烧器等，影响火焰的正常燃烧，故需预先将其过滤除去。

2）测定程序。不同型号的仪器，操作方法可能不同，应严格按说明书的要求操作，一般操作步骤如下：

①根据有关规定，安上空心阴极灯，选择需要的狭缝。

②接通仪器电源，把灯电流调到使用值。

③预热半小时，使空心阴极灯发射稳定。双光束仪器的预热时间可缩短。

④准确选定波长位置，使光强能量指示偏转最大。

⑤调整空心阴极灯的位置，使光强能量指示偏转最大。

⑥装好燃烧头并调节位置。

⑦打开空气和乙炔气源，调节压力，选用适当的流量配比，然后点燃火焰。(www.daowen.com)

⑧用1%的硝酸溶液喷雾，清洗燃烧头和雾化系统约5min。

⑨用一定浓度的标准溶液标定仪器。选用适宜的燃烧头位置和进样提升量，以获得灵敏度高、噪声小的良好测定状态。

⑩测定完毕，依次用1%的硝酸溶液和去离子水各喷雾5min，熄灭火焰时，先关乙炔后关空气。

3）测定。一般操作步骤如下：

①用1%硝酸溶液调仪器零点，在测定过程中，应检查零点有无漂移现象，如有，要重调零点。

②不包括空白点，测定浓度必须有5点以上，测定浓度范围应包括全部未知样品的浓度值。以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

③用试剂空白调零点，测定样液的吸光度，在标准曲线上读出水样中被测金属元素的浓度或微克数。

（5）定量分析方法

1）标准曲线法。用标准溶液制作标准曲线，进行样品的定量分析。这时应特别注意的是，如果喷雾条件稍许有些变化，火焰中原子状态的元素浓度就要变化，即使上述测定条件相同，每一次实验中标准曲线的斜度一般也会有所改变。因此，每次实验都要制作标准曲线，或者查明标准曲线常为直线后，在喷雾各个样液时，要经常保持在某一浓度，使其与标准曲线加以比较。

2）标准加入法。若试样的基体组成复杂，且试样的基体对测定又有明显的干扰，则在一定浓度范围内及工作曲线呈线性关系的情况下，可用本法测定。取若干份（例如四份）体积相同的试样溶液，从第二份开始分别按比例加入不同量的待测元素的标准溶液，然后用溶剂稀释至一定体积。设试样中待测元素的浓度为C_x，加入标准溶液后，浓度分别为C_x+C₀、C_x+2C₀、C_x+4C₀。分别测得其吸光度为A₀，A₁，A₂及A₃，以A、C为纵、横坐标作图，得到如图6-38所示的直线，直线与横坐标交于C_x，C_x即为所测试样中待测元素的浓度。

图6-38 标准加入法

使用标准加入法时注意以下几点：待测元素的浓度与其对应的吸光度应呈线性关系，最少采用四个点（包括试样溶液）来小外推曲线。

3）浓度直读法。在工作曲线的直线范围内，应用仪器中的标尺扩展或数字直读装置进行测量。吸喷标准溶液，把仪表指示值调到相应的浓度指示值，使待测试样的浓度可在仪表上直接读出来。这种方法免去了绘制标准工作曲线的过程，分析过程加快，但必须用标准溶液反复进行校正后再进行测定，而且在测定范围内，吸光度及浓度有良好的线性关系。

4.接触角法

接触角法是测试物体表面润湿性好坏的一个重要方法，而一个物体其硬表面的洁净程度，与水在此物体上润湿形成的接触角密切相关。因此生产中就可以利用所测的接触角来判断物体表面的洗净程度。

把水滴球面与物体触点所作的球面切线与物体表面形成的夹角称为接触角。接触角的大小与物体表面的材料性质有关，并随材料的表面粗糙度等物质性质而变化。

对于可被水润湿的材料所构成的物体，可用水的接触角了解它们的清洁程度（一般水滴在亲水表面上润湿，以接触角90°为分界，接触角小于90°，被认为是可被水润湿的物体）。对于由于同一种材料制成的清洗对象，通过比较其接触角可了解相应的清洁程度。接触角越小表明其受亲油性污垢污染越轻，表面清洁度越高。例如钢铁、不锈钢、贵金属以及玻璃等材料构成的物体，理论上与水接触角可达10°以下，但是沾有污垢的这些表面在用有机溶剂、表面活性剂水溶液和碱液等清洗剂清洗后还有厚度为几个分子的污垢层在表面附着残留，所以清洗后接触角最小可达30°，通过电解、研磨和等离子体处理之后能使上述吸附的污垢剥离，用强烈的氧化方法也能去除吸附层，而得到接触角在10°以下的超洁净的表面。

（1）接触角的测定方法 接触角的测定方法有量角法和测高法。

量角法可用插板法，当插板插入角度调至三相（固体、液体和气体）交界面不出现弯曲时，板与液面夹角即为接触角，如图6-39所示。

测高法是一种通过液滴高度的测量与接触角间的关系来计算接触角的方法，避免了作切线的麻烦，常用的方法有小液滴法和平衡液滴法两种。

小液滴法是在水平的固体被测表面上放一小滴液体，其高度为h，底宽为2r，液滴很小时（<10^-10m³），可近似地视为球的一部分（图6-40），于是应有如下关系：

通过h、r的测定，便可求出接触角θ。

图6-39 量角法测定示意图

图6-40 小液滴法示意图

平衡液滴法原理是当在上述小液滴上不断增加液体量时，液滴不断增高，同时因重力作用，液滴不断摊开，当达到一定液量时，再继续增加液量，由于重力与张力的平衡，液滴高度不再增加，只增加液滴直径。利用液滴势能与表面能的平衡关系，便可导出接触角的关系式，即

Vosθ=1-ρgh²/2σ_l-g（6-17）

式中 h——液滴平衡时最大高度；

g——重力加速度；

ρ、σl_-g——液体的密度及液-气表面张力。

从式（6-17）中可知，只要测出h，而ρ和σ_l-g已知，就可以计算出接触角θ。为了使通过各种接触角测定装置测得的值更能准确判断表面的洁净度，应该控制水滴下落的高度以及水滴直径的大小，使其变化越小越好。

表面粗糙度对接触角和润湿有影响，根据Wenzel关系式，受表面粗糙度影响的接触角θ′计算式为

Vosθ′=R_wVosθ（6-18）

式中 R_w——表面粗糙因子，即固体真实表面和表观面积的比值。

用碱液和表面活性剂水溶液清洗表面后会有一些吸附物残留在表面，因碱和表面活性剂有使接触角减小的作用，所以也影响测量的准确性。温度变化及平衡时间对接触角也略有影响。在室温范围内，变化10℃，一般只引起接触角变化0.20°左右。平衡时间对低黏度液体没什么影响，对高黏度液体则不能忽视，应考虑有足够的平衡时间。

（2）接触角在测定表面洁净度方面的应用 生产现场的检验需既直观又简便，当然还需要一定的准确度，各生产企业应根据对清洗对象不同的要求来确定自己的检验方法。接触角法在生产中的具体应用有水滴法、水膜法和喷雾法等。

1）水滴法。滴在固体表面上的水滴体积一定的条件下（一般可认为从滴管中滴出的每滴水体积是相同的），在表面展开的水滴直径越大，且形状越规则（圆形），接触角越小，洁净度越高，如图6-41所示。

图6-41 水滴形状与洁净度的关系

因此可以把表面上形成的水滴直径大小与形状作为比较洁净度的依据。图6-41a所示为表面有不均匀残留污垢时水滴的形状，而图6-41b所示为水滴保持圆形。由此可判断图6-41b所示的表面洁净度较高。

水滴法需要的实验条件较苛刻，它要求有一定的实验条件来确保从滴管中滴出的每滴水的体积是相同的，从而根据其直径、形状和接触角来比较其测定表面的洁净度。

2）水膜法。水膜法又称清洁度润湿检测法，是一种常用的工件清洗质量的检测方法。在检测洁净度时，将工件在蒸馏水中浸泡几秒钟。对于中小工件，将其主要清洗作业面与地面呈垂直放置，然后在一定采光或照明条件下，观察水膜连续性的程度，如在10s以内，此表面上未见水珠出现，即表明此工件已基本清洗干净。对于大型工件，工件上与地面呈垂直的表面，其清洗质量检测方法与上述中小工件相同。如果大型工件上的主要清洗作业面为水平面，则将工件倾斜，使此表面与地面呈30°，使表面上过剩的水流淌掉，然后静置30s，如果表面上无水珠出现，即表示此工件已基本清洗干净。对于钣金件也可在清洗晾干后，浸没在蒸馏水槽内，取出10s后，观察此钣金件表面水膜的连续性；如水膜断续表示有污垢存在，如水膜连续则表示此表面清洗干净。

3）喷雾法。用喷雾法检测工件清洁质量，与水膜法是基于相同的原理。清洗后的工件或采用同一种清洗工艺制备的样板倾斜放置，其倾斜位置与垂直面呈5°～10°。然后用喷雾器按150～300mm间距，向样板表面喷加含染料的水，如质量浓度为50g/L的苯胺黑水溶液。喷雾后放置30s，用目测或用100格的透明评定板，测定工件上水膜覆盖的面积，以百分率表示。水膜在工件（或样板）上覆盖的面积百分比越大，表明工件（或样板）的清洗质量越好，清洁程度越高。

为了检验水膜法和喷雾法的准确度，用接触角法中的量角法与两者做测试对比，量角法比水膜法和喷雾法更能精确地反映物体表面的洁净度，实验样本为某真空电子厂的产品金属零件阳极帽。选用10只清洗干燥后的阳极帽做水膜法、喷雾法和量角法三种检测方法的对比实验。其中，水膜法是用肉眼估测，该厂在生产中就使用此种检测方法。在规定时间内阳极帽底面挂水面积超过总底面积的3/4为一等品，在1/2～3/4时为合格品，低于1/2甚至缩为一滴水，为不合格品；喷雾法用100格的透明评定板评测；量角法使用某地产的JC2000X静滴接触角/界面张力测量仪测量，测得的数据见表6-14。

表6-14 三种检测方法数据对比

①水膜法。

②喷雾法。

从表6-14可看出，水膜法检测结果为7只一等品，2只合格品，1只不合格品。再用喷雾法和量角法来检测这10只产品，喷雾法的总体趋势是水膜覆盖面逐渐减小，量角法的总体趋势是角度逐渐增大，说明物体的洁净度逐渐降低，水膜法和喷雾法与量角法测得的结果基本吻合。但对于水膜法测得的2个合格品中的第1个样本，用喷雾法检测其水膜覆盖百分数为75%，比一等品中的第7个样本的水膜覆盖百分数73%的洁净度要高，量角法也证实了这一点，说明水膜法检测存在一定的误差。在一等品中第2个样本，用喷雾法测得水膜覆盖百分数为96%，洁净度介于第1个样本和第3个样本之间，而用精确的量角法测得其接触角为26.8°，比第1个样本的接触角还要小，其洁净度应比第1个样本高。由此可见，水膜法和喷雾法在反映物体洁净度时存在着一定的误差，但得到的结果基本符合量角法测得的数据，在对检测精确度要求不高的生产现场，这两种简便易行的方法完全能满足使用要求。

5.清洗现场的几种定性评价方法

在清洗现场除用视觉和接触角定性评价外，还常用以下几种方法。

（1）擦拭法 用干燥洁净不起毛的布（如纱布）对物体表面擦拭，根据布附着污垢的程度来判定表面清洁度。本法虽然简单但不精确。

（2）水滴法 这是接触角评价清洁度的一种应用。在一定条件下，滴在表面上的水滴（一定体积）直径越大，接触角越小，清洁度越高。即把表面上形成的水滴直径大小和形状，作为比较清洁度的依据。

（3）水膜法 把清洗后的物体浸泡在水中，使物体表面与水面成垂直，向上拉，离开水面后如物体表面形成的水膜能均匀地占满全部表面，则说明清洁度高。如表面有地方形不成水膜，则说明那里不够清洁。

（4）水雾法 用喷雾器把均匀的微粒状的水滴喷射到清洗后的干燥表面上，通过形成水滴的情况判断清洁度。当表面十分清洁时，微粒状水滴会在表面上均匀地润湿铺层，而且干燥后凝雾水膜周围形状呈规则的圆形。

（5）呼气法 对着干燥的清洗对象表面呼气，水蒸气在表面上冷凝时会形成混浊的雾斑，表面清洁时产生的雾斑是均匀的；反之则不均匀。当表面十分平滑清洁时，雾斑会在很短的时间内消失。

一些常用金属清洁度判断方法见表6-15。

表6-15 一些常用金属清洁度判断方法