顆粒的粒度粒形是決定物料性能的重要參數(shù)之一，食品，醫(yī)藥，化工、電池等眾多行業(yè)對(duì)顆粒的粒度粒形都有嚴(yán)格要求。有效地測(cè)量與控制顆粒粒度及其分布，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源消耗、控制環(huán)境污染、保護(hù)人類的健康等具有重要意義。本文從激光粒度儀的結(jié)構(gòu)、儀器選用、應(yīng)用等方面，綜述了激光粒度儀發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)激光拉度儀的進(jìn)一步發(fā)展做出了展望。

光是一種電磁波，當(dāng)光束前進(jìn)過(guò)程中遇到顆粒時(shí)，將發(fā)生散射現(xiàn)象，散射光與光束初始傳播方向形成一個(gè)夾角θ，散射角的大小與顆粒的粒徑相關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越??；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。這樣，測(cè)量不同角度上的散射光的強(qiáng)度，就可以得到樣品的粒度分布了。

激光粒度儀就是利用光的散射原理測(cè)量粉顆粒大小的，是一種當(dāng)前粒度測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用Z廣泛的粒度儀。其特點(diǎn)是測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍寬、測(cè)量速度快、操作方便，尤其適合測(cè)量粒度分布范圍寬的粉體和液體霧滴。激光粒度儀作為一種測(cè)試性能優(yōu)異和適用領(lǐng)域極廣的粒度測(cè)試儀器，已經(jīng)在其他粉體加工與應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

激光粒度分析儀LS-POP(9)（點(diǎn)擊圖片查看產(chǎn)品詳情）

一、激光粒度儀的結(jié)構(gòu)

光源(通常為激光)：用來(lái)產(chǎn)生單色的、相干的和平行的光束；

光束處理單元(即擴(kuò)束器)：帶有積分過(guò)濾器的一個(gè)光束放大器，產(chǎn)生一束擴(kuò)展的近乎理想狀態(tài)的光束來(lái)照射分散的顆粒；

顆粒分散裝置：分為濕法和干法，其中，物料中團(tuán)聚的顆粒依靠三種途徑被分散：顆粒間的碰撞、顆粒與分散管壁的碰撞、分散管中因極高的速度梯度而引起的離心甩力；

測(cè)量散射譜的探測(cè)器：大量的光電二極管組成；

計(jì)算機(jī)：用于控制設(shè)備和計(jì)算顆粒粒度分布。

二、激光粒度儀的選用

要合理地選用激光粒度儀，需了解激光測(cè)量原理是通過(guò)散射光強(qiáng)度換算出粒度大小，其依據(jù)的光學(xué)理論為Fraunhofer理論和Mie理論。

其中Fraunhofer理論為大顆粒Mie理論的近似，假定顆粒不透明，并忽略光散射系數(shù)和吸收系數(shù)，則數(shù)學(xué)處理上要簡(jiǎn)單些，對(duì)有色物質(zhì)和小顆粒的誤差也大些。另外，使用Mie理論時(shí)需要給出樣品和介質(zhì)正確的折射系數(shù)和吸收系數(shù)，而某些樣品則無(wú)法提供這些參數(shù)的準(zhǔn)確值(小的偏差就有可能導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的較大變化)，這在某種程度上限制了Mie散射原理的應(yīng)用。因此，評(píng)價(jià)和使用某種激光粒度儀時(shí)，要綜合考慮使用該儀器的粉體種類和顆粒大小。

2.1采用的光學(xué)理論模式

Mie理論復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理量大，有些廠家就采用近似的Mie理論，造成適用范圍受限制、漏檢幾率增大甚至結(jié)果出現(xiàn)很大偏差等問(wèn)題，但Mie散射原理也有其應(yīng)用的局限性(詳見(jiàn)上述Fraunhofer衍射和Mie散射的比較)。

2.2粒度測(cè)量范圍

不僅要看儀器的測(cè)量范圍，更要看超出主探測(cè)器面積的小顆粒散射(小于0.5um)如何檢測(cè)。應(yīng)盡可能了解儀器的原理，并要求制造商解釋如何去擴(kuò)展測(cè)量下限，然后再識(shí)別其粒度測(cè)量范圍。另外，儀器量程的中段精度Zgao，越靠近測(cè)量范圍的邊緣，精度越低，因此選擇儀器時(shí)粒度測(cè)量范圍應(yīng)該留有余量。建議用量程的Z細(xì)和Z粗顆粒樣品去測(cè)試一下，以判斷儀器性能。

2.3探測(cè)器

因?yàn)榧す庋苌涔猸h(huán)半徑越大，光強(qiáng)越弱，容易造成小顆粒信噪比降低而漏檢，所以對(duì)小顆粒分布的檢測(cè)能體現(xiàn)儀器的好壞。增加探測(cè)器數(shù)目，減少顆粒信號(hào)的漏檢，可提高測(cè)量結(jié)果的滿意程度。

2.4準(zhǔn)確性和重復(fù)性指標(biāo)

準(zhǔn)確性和重復(fù)性指標(biāo)越高越好，一般采用美國(guó)的NIST標(biāo)準(zhǔn)顆粒樣品檢測(cè)。

2.5掃描速度

掃描速度快可提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、重復(fù)性和穩(wěn)定性。不同廠家的儀器掃描速度不同，通常從1次/秒到2000次/秒。一般來(lái)講，循環(huán)掃描測(cè)試次數(shù)越多，平均結(jié)果的準(zhǔn)確性越好，故速度越快越好。噴射式干法和噴霧要求更高的掃描速度；自由降落式干法雖然下落速度不快，但由于粒子只通過(guò)樣品區(qū)1次，掃描速度也是越快越好。

2.6通道數(shù)

在激光粒度儀中通道數(shù)實(shí)際為檢測(cè)器受光面積數(shù)，它有一個(gè)理論與實(shí)際的Zyou值偏少，接收的散射光不充分，準(zhǔn)確度差；偏多，靈敏度太高，導(dǎo)致重復(fù)性差?？梢酝ㄟ^(guò)采樣速度、測(cè)量時(shí)問(wèn)、準(zhǔn)確度和通道數(shù)等指標(biāo)全面衡量。

2.7分散系統(tǒng)

濕法分散：是否具有超聲和攪拌等物理分散功能，超聲功率和攪拌速度是否連續(xù)可調(diào)，是保證分析結(jié)果重復(fù)性的關(guān)鍵。

干法分散：樣品是否容易分散，如果不是，是否選擇了噴射式分散器，高速度的沖擊氣流是保證樣品能夠充分分散后得到準(zhǔn)確分析結(jié)果的前提。

三、激光粒度儀的應(yīng)用及其發(fā)展前景

3.1激光粒度儀的應(yīng)用

基于光散射理論的激光粒度儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于粉末冶金、薄膜、膜片料、催化劑、絕緣材料、潤(rùn)滑油、超導(dǎo)體、無(wú)線電技術(shù)等行業(yè)，涉及化學(xué)、制藥、食品、建材等工業(yè)領(lǐng)域并發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。激光粒度儀可以直接測(cè)定大氣中煙塵與灰塵在不同時(shí)間、不同位置的含量，從而得到大氣中煙塵灰塵時(shí)間——空間分布圖，為解決環(huán)境污染和性氣候預(yù)測(cè)起到一定的指導(dǎo)作用。

近年來(lái)，大氣污染、金屬氧化物和水力部門對(duì)江河的檢測(cè)等都是激光粒度儀應(yīng)用的新焦點(diǎn)。

3.2激光粒度儀的發(fā)展前景

近年來(lái)，國(guó)外的激光在線粒度測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速，因?yàn)槠渚哂羞B續(xù)自動(dòng)取樣、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)顯示報(bào)告、數(shù)據(jù)有代表性等特點(diǎn)，而國(guó)內(nèi)在這方面的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用則剛剛起步，差距較大?？梢灶A(yù)計(jì)，在線粒度測(cè)量與監(jiān)測(cè)的發(fā)展將會(huì)給相關(guān)粉體工業(yè)帶來(lái)巨大的效益和變革，激光在線測(cè)試技術(shù)將成為顆粒測(cè)試領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)并將會(huì)被逐步推廣和應(yīng)用。在這個(gè)領(lǐng)域，研制和開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的取樣和分散裝置(尤其是對(duì)超微顆粒)，提高在線激光粒度儀的測(cè)試精度，使在線與離線的測(cè)量結(jié)果相吻合及工業(yè)在線安裝和應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性等問(wèn)題都值得進(jìn)一步探討和解決。

目前激光法測(cè)量出來(lái)的是等效散射光強(qiáng)球徑，而人們?cè)谟脟?yán)格的電磁波理論求解橢圓形等非球形顆粒的光散射理論問(wèn)題上做了許多工作，也對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了研究。

另外，由光能分布反演計(jì)算出顆粒粒度分布的可靠準(zhǔn)確算法，尤其是對(duì)多峰和窄分布顆粒樣品的反演，也是國(guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。Mie理論的測(cè)量極限使得激光粒度儀在納米顆粒的測(cè)量上有較大的局限性，國(guó)外在用動(dòng)態(tài)光散射粒度儀來(lái)測(cè)量納米顆粒方面做了很大的努力并已有產(chǎn)品面世，而國(guó)內(nèi)正在研發(fā)這一技術(shù)。