激光粒度測量儀是集成了激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的一種新型粒度檢測設(shè)備，它具有測量范圍寬、數(shù)據(jù)詳細(xì)、操作方便、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)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(xué)器件、檢測器、樣品遞送系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)測量軟件組成。

1、激光粒度測量儀原理

激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測試粒度分布的。當(dāng)光束遇到顆粒阻擋時(shí)，一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象。散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個(gè)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(guān)系。顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的散射角就越小；顆粒越小，產(chǎn)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(tǒng)

分為干法測試系統(tǒng)和濕法測試系統(tǒng)。

（1）干法：有靜音空壓機(jī)、空氣過濾器、干法分散進(jìn)樣系統(tǒng)、干法分散器、采樣口、控制系統(tǒng)，干粉收集器等部分組成，樣品通過干法分散系統(tǒng)均勻輸送到高壓氣流中，在高壓氣流的帶動(dòng)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(tǒng)

圖5 干法測試 - 樣品遞送示意圖

（2）濕法：和干法的主要區(qū)別在于它的制樣系統(tǒng)的不同，濕法的制樣系統(tǒng)包括攪拌器、超聲波分散器、循環(huán)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(tǒng)

圖7 濕法測試 - 樣品遞送示意圖

3、激光粒度儀測量軟件

計(jì)算流程如下圖8所示。

圖8 測量軟件的計(jì)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(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，測量時(shí)需要根據(jù)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(duì)于特征未知的樣品顆粒，一般也首選通用模式進(jìn)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(duì)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(nèi)的分布情況。

圖9 單峰模式與通用模式對(duì)比圖

3、多峰模式

適用于已知樣品是由多個(gè)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(yīng)用時(shí)，需要注意。

兩種粒徑分布很窄時(shí)，多峰模式更適合樣品分析。

圖10 多峰模式與通用模式對(duì)比圖

三、測試樣品的制備

首先了解三個(gè)專業(yè)術(shù)語：遮光度、信噪比和多重衍射。

遮光度：被樣品散射的激光強(qiáng)度，也可以作為樣品濃度的指示。

信噪比：信號(hào)強(qiáng)度與背景的比值。

多重衍射：當(dāng)加入樣品過多時(shí)，被某樣品顆粒散射的光束又入射到其他樣品顆粒上產(chǎn)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(xiàng)

（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(zhuǎn)取樣器進(jìn)行取樣（見圖13）。

圖13 旋轉(zhuǎn)取樣器

（2）不同性質(zhì)的樣品選擇合適加入量：樣品加入過少時(shí)，會(huì)導(dǎo)致信噪比太低，難以代表真實(shí)的顆粒分布；樣品加入過量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致多重衍射，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）采用濕法測試時(shí)，樣品不能存在溫度梯度。

3、樣品分散時(shí)常見問題及處理措施

四、激光粒度測量儀的應(yīng)用領(lǐng)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(yī)藥、農(nóng)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