【HAYOND海揚(yáng)】粒徑的測量—激光散射/衍射法

文章來源：http://www.dyqzzz.cn 發(fā)布時間：2020-06-18 瀏覽次數(shù)：252

光散射法包括光散射法、X射線小角度散射法和消光法。

衍射散射規(guī)律可用Fraunhoffer衍射解釋。Fraunhoffer衍射是指光源和觀察點(diǎn)與障礙物的距離與波長的乘積都遠(yuǎn)大于障礙物面積的衍射，又稱為遠(yuǎn)場衍射。對衍射散射來說，顆粒的散射與其材料的本性，即是否吸收以及折射率的大小都無關(guān)，因此利用衍射散射進(jìn)行粒度測量無需知道顆粒的折射率。

激光衍射顆粒粒度分析儀主要由激光器、擴(kuò)束鏡、聚焦透鏡、光電探測器和計算機(jī)組成，圖7所示為激光衍射粒度分析儀的原理圖。在圖7中，來自He-Ne激光器中的一束窄光束經(jīng)擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后，平行地照射在顆粒槽中的被測顆粒群上，由顆粒群產(chǎn)生的衍射光經(jīng)聚焦透鏡會聚后在其焦平面上形成衍射圖，利用位于焦平面上的一種特制的環(huán)形光電探測器進(jìn)行信號的光電變換，然后將來自光電檢測器中的信號放大、a/d變換、數(shù)據(jù)采集送入到計算機(jī)中，采用預(yù)先編制的優(yōu)化程序?qū)τ嬎阒蹬c實(shí)測值相比較，即可快速地反推出顆粒群的尺寸分布。請牢記：小顆粒的散射角大，大顆粒的散射角小。

圖8 激光粒度儀裝置框圖

圖9 激光衍射粒度儀的工作原理圖

當(dāng)待測顆粒的直徑D與入射光的波長λ相當(dāng)時，衍射散射理論不再適用?？紤]到大多數(shù)激光粒度分布儀使用的都是波長為632.8 nm的He-Ne激光，因此基于衍射散射理論所能測量的顆粒粒徑的下限約為1 μm。如果要測量粒徑更小的顆粒群的粒度分布，就需要使用嚴(yán)格的Mie散射理論。根據(jù)Mie散射理論，散射光的強(qiáng)度分布不僅與顆粒的粒徑有關(guān)，還與顆粒相對于分散介質(zhì)的折射率有關(guān)，其表達(dá)式更加復(fù)雜。雖然如此，用Mie散射理論測量顆粒群的粒度分布的原理與衍射散射理論的相類似，即都是通過計算機(jī)數(shù)值計算方法，根據(jù)相應(yīng)的散射光強(qiáng)分布公式，計算出對應(yīng)于所測得的散射光強(qiáng)分布的樣品的粒度分布，只不過前者使用的是Mie散射公式，后者使用的是較簡單的衍射散射公式。在具體測量時，由于小顆粒的散射角很大，所以需要增加一些大角度的光電探測器用來檢測小顆粒的散射光。

優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，測試速度快，測試范圍廣（最好的激光粒度儀的測量范圍是0.04-2000μm，一般的也能達(dá)到0.1-300μm），重復(fù)性和準(zhǔn)確性好，可進(jìn)行在線測量和干法測量。測試速度快（1-3min/次），自動化程度高，操作簡便，重復(fù)性和真實(shí)性好，可以測試干粉樣品，可以測量混合粉、乳濁液和霧滴等。

缺點(diǎn)：結(jié)果受分布模型影響較大，不宜測量粒度分布很窄的樣品，儀器造價較高，分辨力低。