激光粒度仪的测量原理--北京飞驰科学仪器

　　激光粒度仪（aser Partice Size Anayzer）是一种基于光散射原理测量颗粒大小分布的仪器，其核心是通过分析颗粒对激光的散射信号来反推粒径分布。以下是其测量原理的详细解析：
1. 基本理论：米氏散射与夫琅禾费衍射
激光粒度仪的测量基于两种光学理论：
米氏散射（Mie Scattering）
适用于所有粒径范围（尤其是亚微米至数百微米），考虑颗粒的折射率（实部和虚部）、激光波长及散射角度的完整电磁波散射理论。
关键参数：需输入样品和分散介质的折射率（如水的折射率1.33，常见颗粒如Si?约1.46~1.55）。
优势：对小颗粒（<1μm）和高精度测量至关重要。
夫琅禾费衍射（Fraunhfer Diffractin）
简化模型，假设颗粒不透明且远大于激光波长（通常>10μm），仅考虑衍射效应，无需折射率参数。
适用场景：大颗粒快速测量，但精度低于米氏理论。
2. 测量系统组成
激光粒度仪通常包含以下模块：
激光光源：稳定的632.8nm He-Ne激光（如美国马尔文粒度仪）或632.8nm半导体激光（如德国FRITSCH飞驰粒度仪）。
光学透镜组：扩束镜、傅里叶透镜等，用于形成平行光并聚焦散射光。
探测器阵列：
前向探测器（小角度）：捕捉大颗粒的衍射光（主信号区）。
侧向/后向探测器（大角度）：检测小颗粒的散射光（增强小颗粒分辨率）。
样品分散系统：
湿法：循环泵、超声分散器（如飞驰FRITSCH A-22）。
干法：气流分散（如新帕泰克Hes，FRITSCH A-22采用文丘里设计）。
3. 测量流程
样品制备
颗粒需均匀分散在介质中（如水、乙醇），避免团聚。
湿法需控制遮光度（通常10%~20%），干法则需调节气压分散。
激光照射与散射
激光穿过样品池，颗粒散射光形成特定角度分布的能量图案。
信号采集
探测器阵列记录不同角度的散射光强，转换为电信号。
数据反演
通过反演算法（如非负最小二乘法NNS）将散射光强分布转换为粒径分布（D10/D50/D90）。
软件基于米氏/夫琅禾费模型计算，并显示体积/数量加权分布。

4. 关键影响因素
折射率设置：错误值会导致小颗粒结果偏差（如金属颗粒需输入复数折射率）。
分散质量：团聚体会被误判为大颗粒，需超声或分散剂处理。
背景校正：扣除介质和池壁的散射本底。
仪器校准：定期用标准物质（如NIST可溯源乳胶球）验证（比如FRITSCH生产的标物均为NIST可溯源标物）。
5. 应用范围与限制
粒径范围：通常0.01~3500μm（不同型号差异大）。
适用样品：粉体、乳液、悬浮液等，但需满足光学透明性（不适用于高浓度或不透明体系）。
局限性：
无法区分形状差异（假设颗粒为球形）。
对纳米颗粒（<100nm）需动态光散射（DS）辅助。
6. 与其他技术的对比

总结
激光粒度仪通过散射光角度分布与强度的数学反演实现快速、非接触的粒径分析，其精度依赖于光学模型、仪器校准及样品分散状态。理解原理有助于优化测试条件并合理解读数据。