激光粒度測量儀是集成了激光技術、計算機技術、光電技術等多項先進技術的一種新型粒度檢測設備，它具有測量范圍寬、數據詳細、操作方便、重復性好等優點，被廣泛應用于各領域的粒度檢測。

一、激光粒度測量儀

激光粒度測量儀由激光光源、光學器件、檢測器、樣品遞送系統、計算機測量軟件組成。

1、激光粒度測量儀原理

激光粒度儀是根據顆粒能使激光產生散射這一物理現象測試粒度分布的。當光束遇到顆粒阻擋時，一部分光將發生散射現象。散射光的傳播方向將與主光束的傳播方向形成一個夾角。其原理如下圖1所示。

圖1 激光粒度測量儀原理

散射角的大小與顆粒的大小呈反比關系。顆粒越大，產生的散射光的散射角就越小；顆粒越小，產生的散射光的散射角就越大。圖2為不同大小顆粒的角散射圖。

圖2 不同大小顆粒的角散射圖

激光粒度測量儀工作流程如下圖3所示。

圖3 激光粒度測量儀工作流程

2、激光粒度測試系統

分為干法測試系統和濕法測試系統。

（1）干法：有靜音空壓機、空氣過濾器、干法分散進樣系統、干法分散器、采樣口、控制系統，干粉收集器等部分組成，樣品通過干法分散系統均勻輸送到高壓氣流中，在高壓氣流的帶動下噴射到分散器、采樣口、收集器，從而完成測試。如下圖4、5所示。

圖4 激光粒度測量儀干法測試系統

圖5 干法測試 - 樣品遞送示意圖

（2）濕法：和干法的主要區別在于它的制樣系統的不同，濕法的制樣系統包括攪拌器、超聲波分散器、循環泵、測試窗和管路組成。如下圖6、7所示。

圖6 激光粒度測量儀濕法測試系統

圖7 濕法測試 - 樣品遞送示意圖

3、激光粒度儀測量軟件

計算流程如下圖8所示。

圖8 測量軟件的計算流程圖

二、分析模式的選擇

激光粒度儀分析模式一般有通用模式、單峰模式和多峰模式等。分析模式的選擇直接影響測試結果的準確性，因此，測量時需要根據樣品的具體特性選擇合適的分析模式。

1、通用模式

適用于顆粒粒度分布較寬的樣品，包括磨料粉體、乳液顆粒等。對于特征未知的樣品顆粒，一般也首選通用模式進行粒度分析。

2、單峰模式

適用于顆粒粒度分布范圍不超過10倍的樣品，例如0.1-1μm，1-10μm，10-10μm。

下圖9為單峰模式與通用模式對比，以氧化鋁粉體顆粒作為樣品。可以看出，單峰模式正確的描述了氧化鋁樣品顆粒在小粒徑范圍內的分布情況。

圖9 單峰模式與通用模式對比圖

3、多峰模式

適用于已知樣品是由多個粒度分布很窄的顆粒混合而成，與通用模式相比，多峰模式靈敏度很高，在選擇應用時，需要注意。

兩種粒徑分布很窄時，多峰模式更適合樣品分析。

圖10 多峰模式與通用模式對比圖

三、測試樣品的制備

首先了解三個專業術語：遮光度、信噪比和多重衍射。

遮光度：被樣品散射的激光強度，也可以作為樣品濃度的指示。

信噪比：信號強度與背景的比值。

多重衍射：當加入樣品過多時，被某樣品顆粒散射的光束又入射到其他樣品顆粒上產生新的散射（見下圖11）。

圖11 多重衍射示意圖

1、樣品制備流程圖（見下圖12）

圖12 樣品制備流程圖

2、樣品制備注意事項

（1）首先取樣要具有代表性。普通粉體采取均勻攪拌的方式，測試要求比較高的粉體可以選擇特制取樣器。下面介紹旋轉取樣器進行取樣（見圖13）。

圖13 旋轉取樣器

（2）不同性質的樣品選擇合適加入量：樣品加入過少時，會導致信噪比太低，難以代表真實的顆粒分布；樣品加入過量時，會導致多重衍射，影響測試結果的準確性。

（3）采用濕法測試時，樣品不能存在溫度梯度。

3、樣品分散時常見問題及處理措施

四、激光粒度測量儀的應用領域

1、非金屬粉：如重鈣、輕鈣、滑石粉、高嶺土、石墨、硅灰石、水鎂石、重晶石、云母粉、膨潤土、硅藻土、黏土等。

2、金屬粉：如鋁粉、鋅粉、鉬粉、鎢粉、鎂粉、銅粉以及稀土金屬粉、合金粉等。

3、其它粉體：如催化劑、水泥、磨料、醫藥、農藥、食品、涂料、染料、熒光粉、河流泥沙、陶瓷粉體、各種乳濁液等。

參考資料：丹東百特、英國馬爾文等粒度儀制造廠商

作者：李波濤