【HAYOND海揚】粒徑的測量—激光散射/衍射法

文章來源：http://m.dyqzzz.cn 發布時間：2020-06-18 瀏覽次數：252

光散射法包括光散射法、X射線小角度散射法和消光法。

衍射散射規律可用Fraunhoffer衍射解釋。Fraunhoffer衍射是指光源和觀察點與障礙物的距離與波長的乘積都遠大于障礙物面積的衍射，又稱為遠場衍射。對衍射散射來說，顆粒的散射與其材料的本性，即是否吸收以及折射率的大小都無關，因此利用衍射散射進行粒度測量無需知道顆粒的折射率。

激光衍射顆粒粒度分析儀主要由激光器、擴束鏡、聚焦透鏡、光電探測器和計算機組成，圖7所示為激光衍射粒度分析儀的原理圖。在圖7中，來自He-Ne激光器中的一束窄光束經擴束系統擴束后，平行地照射在顆粒槽中的被測顆粒群上，由顆粒群產生的衍射光經聚焦透鏡會聚后在其焦平面上形成衍射圖，利用位于焦平面上的一種特制的環形光電探測器進行信號的光電變換，然后將來自光電檢測器中的信號放大、a/d變換、數據采集送入到計算機中，采用預先編制的優化程序對計算值與實測值相比較，即可快速地反推出顆粒群的尺寸分布。請牢記：小顆粒的散射角大，大顆粒的散射角小。

圖8 激光粒度儀裝置框圖

圖9 激光衍射粒度儀的工作原理圖

當待測顆粒的直徑D與入射光的波長λ相當時，衍射散射理論不再適用。考慮到大多數激光粒度分布儀使用的都是波長為632.8 nm的He-Ne激光，因此基于衍射散射理論所能測量的顆粒粒徑的下限約為1 μm。如果要測量粒徑更小的顆粒群的粒度分布，就需要使用嚴格的Mie散射理論。根據Mie散射理論，散射光的強度分布不僅與顆粒的粒徑有關，還與顆粒相對于分散介質的折射率有關，其表達式更加復雜。雖然如此，用Mie散射理論測量顆粒群的粒度分布的原理與衍射散射理論的相類似，即都是通過計算機數值計算方法，根據相應的散射光強分布公式，計算出對應于所測得的散射光強分布的樣品的粒度分布，只不過前者使用的是Mie散射公式，后者使用的是較簡單的衍射散射公式。在具體測量時，由于小顆粒的散射角很大，所以需要增加一些大角度的光電探測器用來檢測小顆粒的散射光。

優點：操作簡便，測試速度快，測試范圍廣（最好的激光粒度儀的測量范圍是0.04-2000μm，一般的也能達到0.1-300μm），重復性和準確性好，可進行在線測量和干法測量。測試速度快（1-3min/次），自動化程度高，操作簡便，重復性和真實性好，可以測試干粉樣品，可以測量混合粉、乳濁液和霧滴等。

缺點：結果受分布模型影響較大，不宜測量粒度分布很窄的樣品，儀器造價較高，分辨力低。