【HAYOND海扬】粒径的测量—激光散射/衍射法

文章来源：https://www.hayond.cn 发布时间：2020-06-18 浏览次数：212

光散射法包括光散射法、X射线小角度散射法和消光法。

衍射散射规律可用Fraunhoffer衍射解释。Fraunhoffer衍射是指光源和观察点与障碍物的距离与波长的乘积都远大于障碍物面积的衍射，又称为远场衍射。对衍射散射来说，颗粒的散射与其材料的本性，即是否吸收以及折射率的大小都无关，因此利用衍射散射进行粒度测量无需知道颗粒的折射率。

激光衍射颗粒粒度分析仪主要由激光器、扩束镜、聚焦透镜、光电探测器和计算机组成，图7所示为激光衍射粒度分析仪的原理图。在图7中，来自He-Ne激光器中的一束窄光束经扩束系统扩束后，平行地照射在颗粒槽中的被测颗粒群上，由颗粒群产生的衍射光经聚焦透镜会聚后在其焦平面上形成衍射图，利用位于焦平面上的一种特制的环形光电探测器进行信号的光电变换，然后将来自光电检测器中的信号放大、a/d变换、数据采集送入到计算机中，采用预先编制的优化程序对计算值与实测值相比较，即可快速地反推出颗粒群的尺寸分布。请牢记：小颗粒的散射角大，大颗粒的散射角小。

图8 激光粒度仪装置框图

图9 激光衍射粒度仪的工作原理图

当待测颗粒的直径D与入射光的波长λ相当时，衍射散射理论不再适用。考虑到大多数激光粒度分布仪使用的都是波长为632.8 nm的He-Ne激光，因此基于衍射散射理论所能测量的颗粒粒径的下限约为1 μm。如果要测量粒径更小的颗粒群的粒度分布，就需要使用严格的Mie散射理论。根据Mie散射理论，散射光的强度分布不仅与颗粒的粒径有关，还与颗粒相对于分散介质的折射率有关，其表达式更加复杂。虽然如此，用Mie散射理论测量颗粒群的粒度分布的原理与衍射散射理论的相类似，即都是通过计算机数值计算方法，根据相应的散射光强分布公式，计算出对应于所测得的散射光强分布的样品的粒度分布，只不过前者使用的是Mie散射公式，后者使用的是较简单的衍射散射公式。在具体测量时，由于小颗粒的散射角很大，所以需要增加一些大角度的光电探测器用来检测小颗粒的散射光。

优点：操作简便，测试速度快，测试范围广（最好的激光粒度仪的测量范围是0.04-2000μm，一般的也能达到0.1-300μm），重复性和准确性好，可进行在线测量和干法测量。测试速度快（1-3min/次），自动化程度高，操作简便，重复性和真实性好，可以测试干粉样品，可以测量混合粉、乳浊液和雾滴等。

缺点：结果受分布模型影响较大，不宜测量粒度分布很窄的样品，仪器造价较高，分辨力低。