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,采用Furanhofer衍射及Mie散射理论,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,即可获得准确的测试结果。
激光粒度仪应用领域:
1、磨料
磨料既有天然的也有合成的,用于研磨、切削、钻孔、成形以及抛光。磨料是在力的作用下实现对硬度较低材料的磨削。磨料的质量取决于磨料的粗糙度和颗粒的均匀性。
2、化学机械抛光(CMP)
化学机械抛光是半导体制造加工过程中的重要步骤。化学机械抛光液是由腐蚀性的化学组分和磨料(通常是氧化铝、二氧化硅或氧化铈)两部分组成。抛光过程很大程度上取决于晶片表面构型。晶片的加工误差通常以埃计,对晶片质量至关重要。抛光液粒度越均匀、不聚集成胶则越有利于化学机械抛光加工过程的顺利进行。
3、陶瓷
陶瓷在工业中的应用非常广泛,从砖瓦到生物医用材料及半导体领域。在生产加工过程中监测陶瓷颗粒的粒度及其粒度分布可以有效地控制最终产品的性能和质量。
4、粘土
粘土是一种含水细小颗粒矿物质天然材料。粉砂与粘土类似,但粉沙的颗粒比粘土大。粘土中易于混杂粉砂从而降低粘土的等级和使用性能。ISO14688定义粘土的颗粒小于63μm。
5、涂料
涂料种类繁多,用途广泛。涂料的颗粒大小及粒度分布直接影响涂料的质量和性能。
6、污染监测
粒度检测分析在产品的污染监测方面起着重要作用,产品的污染对产品的质量影响巨大。绝大多数行业都有相应的标准、规程或规范,必须严格遵守和执行,以保证产品满足质量要求。
7、化妆品
无论是普通化妆品还是保湿剂、止汗剂,它们的性能都直接与粒度的大小和分布有关。化妆品的颗粒大小会影响其在皮肤表面的涂抹性能、分布均匀性能以及反光性能。保湿乳液(一种乳剂)的粒度小于200纳米时才能被皮肤良好吸收,而止汗剂的粒度只有足够大时才能阻塞毛孔起到止汗的作用。
8、乳剂
乳剂是两种互不相溶的液体经乳化制成的非均匀分散体系,通常是水和油的混合物。乳剂有两种类型,一种是水分散在油中,另一种是油分散在水中。常见的乳剂制品有牛奶(水包油型、和黄油(油包水型、,加工过程中它们均需均质化处理到所需的粒径大小以期延长保质期。
9、食品
食品的原料(粉末及液体、通常来源于不同的加工厂,不同来源的原料必须满足某些特定的标准以使最终制品的质量均一稳定。原料性质的任何波动都会对食品的口味和口感产生影响。用原料的粒度分布作为食品质量保证和质量控制(QA/QC、的一个指标可确保生产出质量均以稳定的食品制品。
10、液体工作介质/油
液体工作介质(如:油、越来越昂贵,延长液体介质的寿命是目前普遍关心的问题。机械设备运转过程中会产生金属屑或颗粒落入工作介质中(如:油浴润滑介质或液力传递介质、,因此需要一种方法来确定介质(油、的更换周期。通过监测工作介质(油、中颗粒的分布和变化可以确定更换工作介质的周期以及延长其使用寿命。
11、墨水
随着打印机技术的不断发展,打印机用的墨水变得越来越重要。喷墨打印机墨水的粒度应当控制在一定的尺度以下,且分布均匀,大的颗粒易于堵塞打印头并影响打印质量。墨水是通过研磨方法制得的,可用粒度检测分析仪器设备监测其研磨加工过程,以保证墨水的颗粒粒度分布均匀,避免产生聚集的大颗粒。
12、胶束
胶束是表面活性剂在溶液中的浓度超过某一临界值后,其分子或离子自动缔合而成的胶体尺度大小的聚集体质点微粒,这种胶体质点与离子之间处于平衡状态。
激光粒度仪是利用粒子的布朗运动,根据光的散射原理测量粉颗粒大小的,是一种比较通用的粒度仪,其特点是测量的动态范围宽、测量速度快、操作方便,尤其适合测量粒度分布范围宽的粉体和液体雾滴,对粒度均匀的粉体,比如磨料微粉,要慎重选用。
激光粒度仪的使用注意事项
1、激光粒度仪开机须预热二十分钟才可测试;
2、软件测试时禁止其他操作,假如误操作使得软件关闭,重新打开软件;
3、软件连接不上仪器,重启计算机即可;
4、取样如果没有旋转取样器,不要用勺子直接在表面取样,因为这样取样并不具备代表性,应该将样品放入带螺纹盖的塑胶容器中取样量不能超过3分之2(或用样品袋装样充分混合均与),盖上瓶盖来回转动瓶子1分钟,保证样品混合均匀后检测;
5、样品制备后须马上测试,不宜放置太久测试,否则结果可能不正确,团聚;
6、品质因数为零,可能是粉体的浓度太低造成的,或者是重新“超声”、“循环泵”、“搅拌”在测量,否则是测试玻璃污染得清理;
激光粒度仪主要由光学检测系统,分散进样系统及控制分析软件组成,而光学检测系统又包括光源,光路及检测器等关键部分。在选择激光粒度仪时要特别注意以下几点:
1、光源主要有氦氖气体激光器和半导体固体激光器两种
氦氖激光器不受供电电压波动及温度变化的影响,稳定性高,特别是近些年来密封等技术的发展,其使用寿命有了很大提高,所以虽然氦氖激光器存在体积大,需高压供电及价格高的缺点,但仍然被一些高端仪器采用。
而半导体激光器具有体积小,供电电压低,使用寿命较长,相对氦氖激光器而言价格低等优点,但其单色性差,线宽宽,稳定性易受温度变化及供电电源波动的影响等缺点也限制了它在仪器中的应用,当然可以预见的是随着半导体光源技术的提高,半导体固体激光器将会被更多的使用于粒度仪。
另外要注意的是,激光器波长对粒度测量的影响,当颗粒较小时,根据瑞利散射理论,散射光强与粒径的六次方成正比,而与光源波长的四次方成反比,所以选用短波长的激光器更能提高小颗粒检测时的信号强度及信噪比。
2、在光路配置上
主要需要考虑的是仪器是否有稳固的光学平台,是否有自动对光功能,是否无需更换透镜就可以测量宽的粒径范围;如果需干法测量,粒径测量范围下限是否能达到0.1微米而同时上限可达1000微米以上。
3、检测器是激光粒度仪的最关键部件之一
好的检测器成本有时会占到整个粒度仪成本的四分之一以上,在ISO13320激光衍射法国际标准6.7章节中特别提到检测器对仪器灵敏度和分辨率的影响,所以在选择时不能只考虑检测器中检测单元的数量,还要看检测器的几何形状,排列方式,检测单元的面积及其真正的物理检测角度。
4、样品分散进样系统是保证样品正确分散和进样的重要附件
湿法分散进样器需要有内置超声和搅拌及足够力量的循环泵可以是离心泵,干法分散进样器需要有振动进样功能,气流压力可调,不同容量的样品盘可选。另外,在样品测量过程中样品有时会不可避免地粘附在样品池的窗口上,所以样品池是否容易拆卸清洁也非常重要。
5、软件用于仪器控制和数据分析
数据采集速度越快越好。在ISO13320国际标准中,特别提出如果颗粒粒径小于几十微米,需采用米氏理论,输入正确的样品折射率和吸收率以便能获得更为准确的结果,所以在软件中需要有一般物质的光学参数即折射率和吸收率的数据库并能补充输入这些光学参数。
另外,数据输出功能,用户报告格式设计功能,量程扩展功能等也是不可或缺的因素。如果再有中文软件和中文说明书,对大部分中国用户来说更是好的选择。
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