激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性,所以在没有阻碍的无限空间中激光将会照射到无穷远的地方,并且在传播过程中很少有发散的现象。
米氏散射理论表明,当光束遇到颗粒阻挡时,一部分光将发生散射现象,散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ,θ角的大小与颗粒的大小有关,颗粒越大,产生的散射光的θ角就越小;颗粒越小,产生的散射光的θ角就越大。即小角度(θ)的散射光是有大颗粒引起的;大角度(θ1)的散射光是由小颗粒引起的。进一步研究表明,散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样,测量不同角度上的散射光的强度,就可以得到样品的粒度分布了。
为了测量不同角度上的散射光的光强,需要运用光学手段对散射光进行处理。我们在光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜,在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器,不同角度的散射光通过富氏透镜照射到多元光电探测器上时,光信号将被转换成电信号并传输到电脑中,通过专用软件对这些信号进行处理,就会准确地得到粒度分布了。
激光粒度分析仪的特点:
1.测量粒径范围广
激光粒度分析仪可进行从纳米到微米量级如此宽范围的粒度分布。约为:20nm~2000μm,某些情况下上限可达3500μm;由于仪器使用过程中无须更换镜头及调整光学系统,提高了系统的稳定性,简化了操作过程。
2.适用范围广
激光粒度分析仪不仅能测量固体颗粒,还能测量液体中的粒子。
3.重现性好
激光粒度分析法与传统方法相比,测试过程不受温度变化、介质黏度,试样密度及表面状态等诸多因素的影响,只要将待测样品均匀地展现于激光束中,激光粒度分析仪能给出准确可靠的测量结果。
4.测量速度快
整个测量过程在2分钟左右即可完成,某些仪器已实现了实时检测和实时显示,可以让用户在整个测量过程中观察并监视样品。
5.操作简单
激光粒度分析仪能够自动完成数据采集、分析处理、结果保存、打印等功能,操作简单,自动化程度高。
激光粒度分析仪依据分散系统分为湿法测试仪器,干法测试仪器,干湿一体测试仪器;
另有专用型仪器,例如喷雾激光粒度仪、在线激光粒度仪等。
选购激光粒度分析仪时应考虑以下这些指标:
1、激光粒度分析仪测量范围 粒度范围宽,适合的应用广。
不仅要看其仪器所报出的范围,而且还要看超出主检测器面积的小粒子散射<0.5μm>如何检测。
较好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。
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。
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。
3、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。
4、准确性和重复性指标
越高越好。采用NIST标准粒子检测。
5、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。
6、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。
可自动对中,无需要换镜头,可自动校正。
7、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。
8、一定要符合国际标准标准
ISO13320标准是对激光粒度分析仪的基本要求。
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标准的。
激光粒度分析仪是根据米氏散射原理测量粉颗粒大小的一种比较通用的物性测量设备。
其具有测量度高、范围宽、速度快、操作便捷等优势,非常适合医药行业的药粉和医用雾化中的粒径测量,因此在医药等粉体加工领域得到广泛的应用。
激光粒度分析仪适用范围广、测量粒径范围广,与传统方法相比,测试过程不受温度变化、介质黏度;
试样密度及表面状态等诸多因素的影响,只要将待测样品均匀地展现于激光束中,就能给出准确可靠的测量结果。
目前,我国粒度分析仪市场上的产品种类丰富,功能齐全,满足众多科研院所和实验研究的需求。
虽然粒度分析仪的应用已经非常广泛,但用户在操作设备的过程中,尤其需要注意几个细节问题。
注意事项一:测量单元预热。
由于力度分析仪采用精密电子元件制作,电路中的电子元件都有一个关键的技术参数;
元件通电工作时会随着时间的延长而产生温度变化,温度的变化所产生的技术参数变化的误差越小越好。
所以,粒度分析仪需要通电预热。
技术人员表示,一般而言,用户在粒度分析仪头一次的开机过程中,关机超过半小时再重复开机时需要进行预热处理。
注意事项二:系统对中。
系统对中就是把粒度分析仪激光束的中心与环形光电探测器的中心调成一致。
注意事项三:系统参数设置。
技术人员表示,在激光粒度分析仪的主菜单界面,操作人员应用鼠标左键单击“设置”,屏幕上弹出“设置”子菜单;
在该栏上输入:样品名称、测试人等项内容,才能确保设备的正常运行和责任人。
注意事项四:样品准备。
据悉,样品准备是指从待测的粉体材料中有代表性地取出适当的数据作测量样品,选取适当的悬浮液和分散剂;
将样品与悬浮液混合,并让样品颗粒在悬浮液中充分分散,而又不与悬浮液和分散剂发生化学反应的过程。
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