激光粒度儀在粒度檢測中的應用

目前，在各行各業的粒度檢測領域，激光粒度儀應用廣泛。從傳統的石油化工、建材家居，到制藥、食品、環保，甚至在新興的鋰電、半導體、石墨烯等行業，都能看到激光粒度儀活躍的身影。

那么激光粒度儀在粒度檢測中到底是怎樣應用的呢？我國顆粒學泰斗專家周素紅研究員的論述，無疑將給我們帶來啟示。

專家觀點：

激光粒度分析方法是近年來發展較快的一種測試方法,其主要特點是:

1)測量的粒徑范圍廣, 可進行從納米到微米量級如此寬范圍的粒度分布。約為 :20nm ～ 2000μm , 某些情況下上限可達 3500μm ;

2)適用范圍廣泛 , 不僅能測量固體顆粒 , 還能測量液體中的粒子 ;

3)重現性好 ,與傳統方法相比 ,激光粒度分析儀能給出準確可靠的測量結果;

4)測量時間快,整個測量過程1-2分鐘即可, 某些儀器已實現了實時檢測和實時顯示 ,可以讓用戶在整個測量過程中觀察并監視樣品。

激光粒度分析不僅在先進的材料工程 、國防工業、軍事科學、而且在眾多傳統產業中都有廣泛的應用前景。特別是高新材料科學的研究與開發 ,產品的質量控制等 , 如 :陶瓷、粉末冶金、稀土 、電池、制藥 、食品、飲料 、水泥 、涂料 、粘合劑 、顏料、塑料、保健及化妝品 。由于顆粒粒子的特異性能在于它的粒徑十分細小,粒徑大小是表征顆粒性能的一個重要參數, 因此 ,對顆粒粒徑進行測量是開展材料檢測、評價顆粒材料的重要指標。

當光線照射到顆粒上時會發生散射 、衍射 。其衍射、散射光強度均與粒子的大小有關 。觀測其光強度, 可應用夫瑯和費衍射理論和 Mie 散射理論求得粒子徑分布(激光衍射/散射法)。

光入射到球形粒子時可產生三類光:1)在粒子表面 、通過粒子內部、經粒子內表面的反射光;2)通過粒子內部而折射出的光;3)在表面的衍射光 。這些現象與粒子的大小無關 。全都可以作為光散射處理 。一般地 , 光散射現象可以用經Maxwell 電磁方程式嚴密解出的 Mie 散射理論說明。但是, 實際使用起來過于復雜, 為了求得實際的光強度, 可根據入射波長 λ和粒子半徑r 的關系 ,即 :r<<λ時,Rayleigh 散射理論r>>λ時,Fraunhofer 衍射理論在使用上述理論時 ,應考慮到光的波長和粒子徑的關系, 在不同的領域使用不同的理論 。

粒子徑大于波長的時候, 由 Fraunhofer 衍射理論求得的衍射光強度和 Mie 散射理論求得的散射光強度大體是一致的。因此 ,可以把 Fraunhofer 衍射理論作為 Mie 散射理論的近似處理。這時 ,光散射(衍射)的方向幾乎都集中在前方, 其強度與粒子徑的大小有關 ,有很大的變化。即, 表示粒子徑固有的光強度譜 。解出粒子的光強度分布(散射譜)就可以定出粒子徑。當波長和粒子徑很接近的時候 ,不能用 Fraunhofer 的近似式來表示散射強度 。這時有必要根據 Mie 散射理論作進一步討論。在Mie 散射中的散射光強度由入射光波長(λ)、粒子徑(a)、粒子和介質的相對折射率(m)來確定 。、

激光粒度分析的應用領域極為廣泛, 如 :1)醫藥中的粒度控制著藥物的溶解速度和藥效;2)催化劑的粒度影響著生成反應效率 ;3)制陶原料的粒度影響著燒結后的物理特性;4)礦物的粒度影響著長途海運的安全 ;5)食品的保質期受粒度影響;6)橡膠原料粒度影響著其壽命 ;7)電池原料的粒度影響著電池的充放電效率和壽命 ;8)涂料 、染料中的粒度影響著產品染色時的發色、光澤 、退色;9)塑料原料的粒度影響著塑料的透明度和加工以及使用性能。