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激光粒度仪获得颗粒的散射光能谱分布的方法及技术交流

时间:2020-04-20    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

激光粒度仪获得颗粒的散射光能谱分布的方法

    所谓激光粒度仪是专指通过颗粒的衍射或散射光的空间分布(散射谱)来分析颗粒大小的仪器。根据激光散射原理,颗粒大小不同,散射光能量随散射角度的分布也不同,此种分布称为散射谱。激光粒度仪就是通过检测颗粒群的散射谱反演颗粒大小及其分布的。
    1、为什麽散射/衍射激光粒度仪必须采用激光作光源?
    激光粒度仪是通过检测颗粒的散射谱来分析颗粒大小与分布的,因此能否获得清晰的散射谱至关重要,激光是一种准直性,单色性良好的光源,只有采用激光才能在散射/衍射粒度仪器中得到清晰的散射谱分布。用多种波长混合的光源不可能获得清晰的散射谱,只能获得多种散射谱的叠加,因此不能用于粒度仪。
    在多种激光器中半导体激光与气体激光相比,气体光源波长短,线宽窄,单色性好,稳定性远优于半导体光源。因此微纳与大多数专业公司选用了气体激光器作为测量光源。
    2、激光粒度仪与其他方法相比有什么优势?
    激光粒度仪的光路实际是一个二维傅立叶变换器,因此具有傅立叶变换的许多特点:
    1、所有颗粒的散射信息是以光速并行传输到达光电探测器的,因此速度快无与伦比;
    2、探测器可以做的非常窄大约几个微米,因此分辨率非常高;
    3、测试过程颗粒散射不会受到人为因素的干扰,因此测试重复性超群;
    4、根据傅立叶变换的平移不变性,颗粒在样品池中的运动速度不会影响频谱分布,因此适用于动态颗粒的测试,这是其他粒度测试方法所无法比拟的,这成为了颗粒在线测试理论依据。
    3、激光粒度仪测量下限是多少?
    激光粒度仪测量粒度的原理是MIE散射理论。 MIE散射理论用数学语言精确描述了折射率为n、吸收率为m的特定物质的,粒径为d球型颗粒,在波长为λ单色光照射下,散射光强度随散射角θ变化的空间分布函数,此函数也称为散射谱。根据MIE散射理论可以看出颗粒越大,前向散射越强而后向散射越弱;随着颗粒粒径的减小,前向散射迅速减弱而后向散射逐渐增强。激光粒度仪正是通过设置在不同散射角度的光电探测器阵列,测试颗粒的散射谱,由此确定颗粒粒径的大小。这种散射谱对于特定颗粒在空间具有稳定分布的特征,因此称此种原理的仪器为静态激光粒度仪。
    但是当颗粒粒径小到一定的程度dm,与另一种更小颗粒dm-δ相比,如果二种颗粒的散射谱非常相似,以至不能被光电探测器阵列所分辨,就认为达到了激光粒度仪的测量极限,此粒径dm就是激光粒度仪的测量下限。
    此极限还与激光波长有关,研究表明红光635nm波长的激光测量极限为50纳米,而蓝光405nm波长的激光测量理论极限为20nm。
    理论上,静态激光粒度仪欲分辨纳米级的颗粒至少需要二个条件:
    1、具有测量后向散射的光电探测器阵列,2、需要用波长更短的激光器。在可见光的范围内,20nm是静态激光粒度仪的理论测量下限。

标签: 激光粒度仪
激光粒度仪 激光粒度仪获得颗粒的散射光能谱分布的方法_激光粒度仪

激光粒度仪的技术维护要点

  1、粒度测量范围

  粒度范围宽,适合的应用广。不仅要看其仪器所报出的范围,而是看超出主检测器面积的小粒子散射如何检测。

  可以的途径是全范围直接检测,这样才能保证本底扣除的一致性。不同方法的混合测试,再用计算机拟合成一张图谱,肯定带来误差。、LS激光粒度分析仪(美国贝克曼库尔特公司)的检测范围在40nm~2000?m之间,这在新剂型研究中的微粒分析起到重要作用。

  2、激光光源

  一般选用2mW激光器,功率太小则散射光能量低,造成灵敏度低;另外,气体光源波长短,稳定性优于固体光源。

  3、检测器、因为激光衍射光环半径越大,光强越弱,极易造成小粒子信/噪比降低而漏检,所以对小粒子的分布检测能体现仪器的好坏。检测器的发展经历了圆形,半圆形和扇形几个阶段。

  4、是否使用完全的米氏理论

  因为米氏光散理论非常复杂,数据处理量大,所以有些厂家忽略颗粒本身折光和吸收等光学性质,采用近似的米氏理论,造成适用范围受限制,漏检几率增大等问题。

  5、准确性和重复性指标

  准确性和重复性指标越高越好。采用NIST标准粒子检测。

  6、稳定性

  仪器稳定性包括光路的稳定性和分散系统的稳定性和周围环境的影响。一般来讲选用气体激光器,使用光学平台,有助于光路的稳定。内部发热部件(如50瓦的钨灯)将影响光路周围环境。

  稳定性指标在厂家仪器说明中没有,用户只能凭对于仪器结构的判断和参观或询问其他长时间使用过的用户来判断。

  7、扫描速度

  扫描速度快可提高数据准确性,重复性和稳定性。不同厂家的仪器扫描速度不同,从1次/秒到1000次/秒。一般来讲,循环扫描测试次数越多,平均结果的准确性越好,故速度越高越好;喷射式干法和喷雾更要求速度越高越好;自由降落式干法虽然速度不快,但由于粒子只通过样品区一次,速度也是快一些好。用户每天需要处理的样品量,也是考虑速度的因素。

  8、可自动对中,无需要换镜头,可自动校正

  9、使用和维护的简便性

  关于这一点,在购买之前往往被忽视,而实际上直接决定了仪器使用效率和寿命。了解的方法是对仪器结构的了解和其他已有用户的反映。

  拆卸、清洗是否方便:粒度仪分为主机和分散器两部分。而样品流动池总是需要定期清洗的,清洗间隔视样品性质而定。将主机和分散器合二为一的仪器往往将样品池深置于仪器内部,取出和拆卸均很繁琐,且极易碰坏光路系统。

  10、是否符合国际标准

  ISO13320标准是对激光粒度分析仪的基本要求。但并不是所有制造商都按照该标准执行。在测量亚微米粒子分布过程中,采用非激光衍射方法是不符合、ISO13320、标准的。

  11、分散器

  11.1湿法

  是否具有超声和搅拌等物理分散功能,超声功率和搅拌速度是否连续可调,是保证分析结果重复性的关键。

  11.2干法

  是否密闭式测量,样品是否容易分散?如果不是,是否选择了喷射式分散器?300米/秒的冲击气流是保证样品能够充分分散后得到真实分析结果的前提。

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激光粒度仪 激光粒度仪的技术维护要点_激光粒度仪

激光粒度仪的特点介绍

    激光粒度仪是通过颗粒的衍射或散射光的空间分布(散射谱)来分析颗粒大小的仪器,根据能谱稳定与否分为静态光散射粒度仪和动态光散射激光粒度仪。

 

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    激光粒度仪的特点:


    (1)功能强大的软件系统


    激光粒度分布仪系统是集光、机、电、计算机为一体的高科技产品,数据处理有专用的计算机分析系统软件完成,同时由打印机完成测试报告的输出。


    (2)独特的光路一体化技术


    优化的反傅立叶光学变换设计,结合独特的光路一体化结构,使光路更加稳定,长期使用,无须调整;先进的机械设计与加工工艺,使仪器的结构更紧凑合理;


    流线型的设计,美观大方,使用与维护更为方便;有效的屏蔽与抗干扰技术,使仪器的电气等性能更加稳定。


    (3)高灵敏大角度光电接收器阵列


    独特的光电接收器阵列设计,有效提高了仪器的分辨率。主向光电接收器,共有71个光电池,最大探测角达21.5°;


    非均匀交叉排列的侧向光电接收器,共5个光电池,其中,最大侧向角度达75°。


    (4)长久耐用


    采用波长635nm,功率3mw半导全激光器,使用寿命在25000个小时以上有效提高了激光粒度分布仪的使用和存放时间。


    (5)优秀的H.Golub分布反演算法


    HYL系列激光粒度测试系统完全采用先进的全Mie散射理论作为基础,并采用优良的H.Golub分布反演算法;


    结合独特的仪器硬件设计,使您测试的样品无论是单分布的,还是混合的,都能够使测试数据更加精确、快捷。


    (6)输出结果格式灵活


    报告单格式的输出格式灵活,可根据使用者的需要,编辑包括累计粒度分布数据与曲线、区间粒度分布数据与直方图和各种典型粒径值等内容。


    (7)符合国际标准ISO13320-1


    为了满足用户对测试结果的准确性及重复性等可追踪性的要求,HYL系列激光粒度分布仪完全符合ISO13320-1国际标准。每台激光粒度仪都严格经国家标准物质的检验,各项指标完全合格后方可投入市场。

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