LS230激光粒度仪及其应用

　　1　引　言

　　在现实生活中,很多领域诸如能源、化工、医药、建筑、环保等都与粒度分析息息相关,而粒度分析的方法多种多样,基本上可归纳为以下几种:筛分法、显微镜法、沉降法、光散射法、电感应法、渗透法、气体吸附法、图像分析法等[1],其中基于光散射法的激光粒度仪由于具有速度快、测量范围广、数据可靠、重复性好、自动化程度高、便于在线测量等优点而被广泛采用。

　　本文介绍了激光粒度分析仪的基本原理,分析了影响LS230(库尔特)激光粒度分析仪测试精度的因素,并简要叙述了该仪器在材料科研中的应用情况。

　　2　激光粒度分析仪测量原理

　　激光粒度分析仪的原理是基于激光的散射或衍射,颗粒的大小可直接通过散射角的大小表现出来,小颗粒对激光的散射角大,大颗粒对激光的散射角小,通过对颗粒角向散射光强的测量(不同颗粒散射的叠加),再运用矩阵反演分解角向散射光强即可获得样品的粒度分布。不同尺寸范围的颗粒对激光所产生的散射模式也不同,散射的模式由颗粒尺寸和入射光的波长决定^[1]:

　　①当d《λ(通常d<1/10λ)时,属于Rayleigh散射范围,照在颗粒上的光均匀地向各个方向散射;

　　②当d≈λ,但d<λ时,属于Rayleigh-Gans-Mie散射范围,照在颗粒上的光非均匀地向各个方向散射;

　　③当d≈λ,但d>λ时,属于Anomalous衍射范围;

　　④当d λ(通常d>10λ)时,属于Fraunhofer衍射范围。

　　由此可见对大多数粉末而言,粒度分析的结果取决于所测颗粒尺寸的范围或入射光线(单色光)的波长。

　　激光粒度仪原理图如图1所示^[2],来自固体激光器的一束窄光束经扩束系统扩束后,平行地照射在样品池中的被测颗粒群上,由颗粒群产生的衍射光或散射光经会聚透镜会聚后,利用光电探测器进行信号的光电转换,并通过信号放大、A/D变换、数据采集送到计算机中,通过预先编制的优化程序,即可快速求出颗粒群的尺寸分布。LS230(库尔特)激光粒度分析仪的主要不同之处在于,它采用了双镜头专利技术及偏振光强度差专利。双镜头避免了更换镜头的麻烦,测量宽分布颗粒时,大、小颗粒的信息在一次分析中都可得到,这样大大提高了分析精度[^3],且操作简便、省时;对于粒度接近入射光波长的颗粒,偏振光在水平和垂直两个方向上的散射差别在很大程度上依赖于粒度与波长的比率,因而传统的衍射法测量受到了限制,偏振光强度差专利采用了三种不同波长的单色光同时独立测量,确保了0.04μm~0.4μm颗粒的测量准确性。

　　3　LS230激光粒度分析仪的技术特点