激光粒度仪是全球范围内公认的先进,较快捷的颗粒测试仪器,国内国外有不少研制激光粒度仪的厂家,产品种类也比较繁多,如何才能选择一款适合自己的激光粒度仪呢?有以下的几个关键考验点
(1)激光器选择:
激光粒度仪的重要部件之一,主要有HE-NE激光器和半导体激光器两种,其中HE-NE激光器的各项性能均优于半导体激光器,且成本也远高于半导体激光器,半导体激光器单向性差的问题,对测试结果的稳定性影响很大。因此推荐用户选择HE-NE激光器。
(2)光电探测器:
国内产品采用的光电探测器的种类大同小异,一般就是半环式、点阵式等,半环式的优势是能够以较少的通道数达到很高的探测精度。而且在出现断环时可以临时采取并环操作,对测试结果影响很小。点阵式属于比较老的探测器类型,现在用的比较少。
(3)仪器结构问题:
主要分为整体式和分体式,整体式就是将分散系统和测试系统整合为一体,协同操作,分体式则是分散系统独立于测试系统,测试者需要先操作分散系统,将样品分散好再将分散好的样品通过管道导入测试系统进行测试。这样的缺点是协同操作性不好,比较重的颗粒容易在管道中沉淀,清洗不便且对测试结果有一定影响,现在整体式结构的仪器是发展方向,进口产品大都采用整体式结构,国内的产品也慢慢在向整体式结构发展。
(4)光路设计问题:
光路设计是激光粒度仪研制的基础,进口产品的优势不但在制造工艺上,光路的设计水平也是技术先进的标志,国内的厂家现在大都采用简单的平行光路设计,据了解济南微纳公司推出的产品中采用了汇聚光傅立叶变换光路。这种光路是一种比较先进的光路,能够获得更宽的散射角,在提高测试精度方面有一定的优势。
激光粒度仪的工作原理是基于光的散射理论与衍射理论。
当光束投射到仪器的分散系统时,可以发生光的吸收、反射、散射、衍射。
当入射光的频率与分子的固有频率相同时,发生光的吸收;
当入射光的波长小于分散粒子的尺寸时,则发生光的反射、衍射等;若入射光的波长大于分散相粒子的尺寸时,发生光的散射。
一般0.1μm以下的颗粒,衍射现象消失,主要发生散射现象;
0.1~10μm的颗粒,也是以衍射光为主,颗粒会产生部分的折射和散射光;大于10μm的颗粒,散射和折射都消失,以衍射为主。
根据夫琅和夫衍射理论,对于10μm,0.1~10μm的颗粒,衍射角的大小与颗粒的大小有关,衍射光的强度与颗粒的数量有关,由此可以确定颗粒的尺寸及数量。
对于0.1μm以下0.1~10μm的颗粒,根据米氏散射理论,既考虑光的衍射,同时也考虑光的散射和折射,根据颗粒的综合折射系数,进行计算,从而求出颗粒的大小及尺寸。
纳米激光粒度仪应用较为广泛的粒度检测设备。它的测试原理是依据光的散射现象:光在行进过程中遇到颗粒时,将有一部分偏离原来的传播方向,这种现象称为光的散射或者衍射。颗粒尺寸越小,散射角越大;颗粒尺寸越大,散射角越小。激光粒度仪就是根据光的散射现象测量颗粒大小的。
一、进样系统的循环、分散效能波动
这个环节导致的数据漂移比较隐蔽,所以容易被忽视。样品循环系统使用的介质特性、介质流速(干法仪器而言则是气压和气流量)、超声分散设备的工况、水泵转速这几个要点会明显影响测试数据,需要细心关注。应对这些问题的主要办法或者方法如下:
关注测试用水的质量,特别是那些以自来水为介质的用户。
干法仪器用户则需定期检查和维护保养空压机,空气过滤装置,收尘装置。保证分散样品的高压空气质量。
关注超声分散设备功率输出是否正常。
观察进样器的运转情况,发现有转速波动情况,及时维护。
二、镜头和测试窗口玻璃污染
光学仪器的镜头污染是常见故障。激光粒度仪作为粉体检测设备,常常会面对多尘环境,测试窗口镜片则是会直接接触粉体样品的光学器件。聚焦透镜或者准直透镜等光学镜片受到使用环境中的浮尘污染或者发生霉菌污染,会使纯净的测量光束产生杂散光。这些杂散光会混入样品的散射光中干扰测试;测量窗口镜片上的污染物则会直接产生较强的散射光。
因此,光学镜片污染是激光粒度仪测试结果漂移的首要元凶。应对办法主要是尽量让仪器处于干燥无尘的工作环境。经常按照操作规程清洗镜片,保证光学镜片的清洁。
三、激光光路偏移
激光器是会发热的器件,工作周期内,它们会周而复始的发热-降温-发热。任何物体都会有热胀冷缩现象,几何尺寸会随温度变化而变化。而激光粒度仪光路装配精度要求非常高,随着仪器使用周期延长,光路几乎不可避免的会出现偏移现象。光路偏移,会导致测量光束光能衰减、探测器排布角度发生漂移,从而导致测量数据漂移。
应对这个问题主要靠仪器制造商从仪器设计上尽量减少出现光路偏移的可能性,同时定期校准光路也是非常重要的办法。
四、测量参数、测量条件变动
分析模型、样品测量参数、测试环境(例如湿度、测试介质温度等)都有可能影响测试数据。我们首先要保证测试的分析模型、样品测量参数(特别是样品折射率)选择正确。测试环境的影响,视不同样品和仪器工作环境不同,影响也差别很大,很难简单举例说明。需要具体情况具体分析。
五、光电探测器及其放大电路参数漂移
这类问题应该属于仪器制造质量水平问题,一般来说任何电子电路和光电探测器都有工况漂移问题,差别只是漂移量不同。这类问题通常仪器用户自己是无法解决的,需要仪器制造商对仪器进行专门的电路工况系数校准。某些高水平的仪器,能够自行校准自身电路工况漂移。