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。
激光粒度仪是通过检测颗粒的散射谱来测定颗粒大小、分布等特性,由于整合了激光技术、光电技术、精密仪器与计算机技术,使得测量速度、测量范围和精度发生了质的飞跃;其操作简单、重复性好,现已成为了世界流行的粒度测量仪器。
那么如何选择激光粒度仪呢?
1、激光粒度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。
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。
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。
挑选准确度和重复性好的选激光粒度仪,以确保测试数据的精确和客观。
1、选用合适的粒度测量范围,粒度范围宽适合的应用广。看超出主检测器面积的小粒子散射如何检测能够帮助你挑到更好的仪器,而全范围直接检测也能提供良好的参考。
2、选择激光器时应关注起功率,功率过小会造成散射光能量低,降低灵敏度。气体光源稳定性较固体光源更好。
3、激光衍射光环半径越小越好,才能避免小粒子信/噪比降低而漏检的几率。
4、应采用完全的米氏理论,而不是近似的米氏理论,才能避免因适用范围受限制造成的漏检几率增大等。
5、采用NIST标准粒子检测仪器的准确性和重复性指标。
6、循环扫描测试次数越多,平均结果的准确性越好,因此扫描速度越高越好。
7、仪器是否符合国际标准,仪器的拆卸、清洗是否方便等,都应在选购中进行考虑。
一般来说,我们激光粒度仪应用广泛的主要有两种激光器——气体激光器和半导体激光器。
气体激光器的应用时间最是久远,技术也相应的较为成熟,其中常见的是氦氖激光器,其发出的氦氖激光具有很好的单色性、相干性和准直性,适合在精密测量领域大展拳脚。但是高精密性也带来了相应的高购买和高维修成本,需要高压直流供电,而且占地面积较大。