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關于激光粒度儀你要知道的所有事

點擊次數:829 發布時間:2021-07-20
  粒度檢測的方法很多,常見的方法包括篩分法、顯微鏡法、沉降法、光阻法、電阻法、透氣法、X射線小角散射法等。而激光粒度儀正是其中應用非常廣泛的方法之一,具有操作簡便,測試速度快,測試范圍廣,重復性和準確性好,可進行在線測量和干法測量等優點。對提高產品質量、降低能源消耗、控制環境污染、保護人類的健康等具有重要意義。
 
  激光粒度儀作為一種成熟的粒度測試儀器,已經在粉體加工、應用與研究領域得到廣泛的應用。它的特點是測試速度快、測試范圍寬、重復性和真實性好、操作簡便等等。
 
  今天小譜就其發展史、檢測原理、結構和大家進行探討,讓激光粒度儀變的更簡單。(如果讀完文章您覺得還有那些想聽的知識點小譜沒有講到,亦或是覺得小譜文章中有哪些觀點您不太認同,歡迎您積極留言。)
 
  01.“激光粒度儀”的前世今生
 
  英國英國馬爾文儀器有限公司是最初一批商用激光粒度分析儀的廠商之一,于上世紀70年代左右制造出本公司第一臺商用激光粒度分析儀,隨后生產出第一臺激光PCS納米粒度及Zeta電位分析儀,第一臺超聲粒度分析儀,成為舉世公認的激光粒度分析技術的先鋒及行業標準。
 
  日本以日本HORIBA為代表,HORIBA長年積累的粒子徑計測技術和經驗實現了從1nm的分子、原子級超微小區域到6000nm的大量程測定,特別是對于從測在接近試樣本身狀態的分散狀態下的粒子徑分布,而且準備了粘度計內置型,粘度值也能自動測定井輸入,復雜預處理和使用電子顯微鏡進行確認等評價很困難的毫微尺寸控制引發了變革。
 
  中國我國粒度測試技術研究工作起步于20世紀70年代,激光粒度儀的研制自20世紀80年代開始,20世紀90年代中期以前,國產粒度測試儀器主要以沉降粒度儀為主,商品化的激光粒度儀還沒有投放市場,國內的激光粒度儀全部依賴進口。
 
  近年來,我國粒度儀行業發展迅猛,具有自主知識產權的、性能優良的國產粒度儀產品不斷問世,天津大學、濟南大學、上海理工大學、丹東儀表所等單位先后都做了大量的工作,并在近十年有了明顯的突破如天津大學的雙譜面結構、丹東百特的兩種光學結構、濟南微納的樣品池、華南師范大學的折射率測量珠海歐美克的全自動系統等。
 
  目前,中國激光粒度測試技術處于成熟階段,具有自主知識產權的.性能優良的產品不斷問世,以準確性、重復性為代表的主要性能指標達到了國外同類產品水平。
 
  (以上內容摘錄至網絡)
 
  02.“激光粒度儀”基本結構與原理
 
  激光粒度儀主要有激光器、樣品池、光學系統、信號放大及A/D轉換裝置、數據處理及控制系統組成。目前,激光粒度儀的技術已經逐漸發展成熟,近年來基礎性創新成果鮮有問世,但是技術性的革新卻依然層出不窮,與行業相關的應用型研究也十分活躍。
 
  激光粒度儀是基于光衍射現象設計的,當光通過顆粒時產生衍射現象(其本質是電磁波和物質的相互作用)。衍射光的角度與顆粒的大小成反比。不同大小的顆粒在通過激光光束時其衍射光會落在不同的位置,位置信息反映顆粒大小;同樣大的顆粒通過激光光束時其衍射光會落在相同的位置。衍射光強度的信息反映出樣品中相同大小的顆粒所占的百分比多少。
 
  激光衍射法就是采用一系列的光敏檢測器來測量位置粒徑的顆粒在不同角度上的衍射光的強度,使用衍射模型,通過數學反演,然后得到樣品的粒度分布。通過該位置檢測器接收到的衍射光強度,得到所對應顆粒粒徑的百分比含量。
 
  03.“激光粒度儀”的使用
 
  1、準備工作儀器安裝和分散液體(氣體)。
 
  2、試樣檢查、準備、分散和試樣濃度檢查顆粒的粒度范圍和顆粒形狀及是否充分分散。
 
  3、測量(選擇合適的光學模型)。
 
  4、誤差的來源于診斷系統的測量誤差(偏差),可來自于不正確的試樣制。備、偏離顆粒的理論假設和/或是由于對儀器的不適當操作和運行造成的。
 
  04
 
  “激光粒度儀”的應用
 
  基于光散射理論的激光粒度儀己經廣泛用于粉末冶金、薄膜、膜片料、催化劑、絕緣材料、潤滑油、超導體、無線電技術等行業,涉及化學、制藥、食品、建材等工業領域并發揮著越來越大的作用。激光粒度儀可以直接測定大氣中煙塵與灰塵在不同時間、不同位置的含量,從而得出大氣中煙塵灰塵時間-空間分布圖,為解決環境污染和全球性氣候預測起到一定的指導作用。近年來,大氣污染、金屬氧化物和水力部門對江河的檢測等都是激光粒度儀應用的新焦點。
 
  1.激光粒度儀在醫藥、制藥行業中的應用
 
  一般情況下,隨著粒徑的減小,其粒度細微均勻,比表面積增大,孔隙率增加,吸附性增強,溶解性增強,親和力變大,化學反應速率增加,改善了藥物的溶出度,能使有效成分較好地分散、溶解在胃液里,且與胃黏膜的接觸面積變大,更易被胃腸道吸收,從而提高了治療效果。
 
  對于普通水溶性較好的原料藥,常用的就是濕法激光粒度儀。但是由于藥劑種類繁多,面對一些水溶性不好或者常用分散介質中很難分散的藥劑時,考慮干法激光粒度儀進行檢測。
 
  2.用于建筑材料生產
 
  水泥的粒度分布如何將極大的影響混凝土的強度。粒度分布的測量對zui終產品的質量控制,降低生產成本,提高產品質量,減少能耗方面均有極大的作用。對于水泥生產的實時控制,就需要激光粒度儀這樣的監控儀器,保證數據的輸出連續性,確保質量的可靠。
 
  3.用于大氣質量的監測
 
  大氣污染中主要是粒子狀污染物。飄塵具有的交替特性使其形成氣溶膠如霧、煙、塵,會對環境造成極大影響。可以利用激光粒度儀測定大氣中煙塵、灰塵在不同時間、不同位置的含量而得出大氣中煙塵、灰塵時間-空間分布圖,從而控制各地工業發展方向,為解決環境污染和全球性氣候預測起到一定的指導作用。
 
  4.用于江河湖泊水質監測
 
  近年來,各部門致力于江河湖泊水質的治理。利用激光粒度儀測量水中金屬氧化物以及固體顆粒含量,可以實時監控水質是否達標。同時,河水泥沙含量同樣是一個重要指標,對于河口海岸帶水質、地貌、環境等的研究具有重要意義。使用激光粒度儀測量可以讓測量者得到連續的變化曲線,從而利于對于環境變化的分析。
 
  5.激光粒度儀在水泥行業的應用
 
  現如今水泥廠都偏向于將水泥磨細來提高水泥強度,其實水泥石強度并不一定隨水泥細度的增加、組分水化活性的提高而提高。但顆粒越細,水化活性越高;zui初的強度發展速率隨細度增加而增長。在規范中,水泥細度通常用篩余或比表面積來衡量。實際上除了進行上述指標的控制,對于細度而言粒度分布也是重要因素。
 
  05.測試結果的7大影響因素
 
  (1)復折射率
 
  激光散射法粒度測量的對象一般是微米級的粒子,這些粒子的光學常數并不能簡單看成粒子材料的光學性質,而是指顆粒的復折射率n’,其定義為:n‘=n+ik。其中n為通常所說的折射率,虛部k表示光在介質中傳播時光強衰減的快慢,即吸收系數,有時也被稱作吸收率。
 
  復折射率的選擇合適與否直接影響到粒度檢測結果的準確性與可靠性,但是影響待測顆粒復折射率的因素較多,難以確定其準確值,所以到目前為止在激光粒度測量領域中仍舊沒有確定復折射率的統一方法。在實際的粒度檢測過程中,一般只是對同種物質使用一個固定的復折射率,這樣的測量結果必然會與樣品的真實值有較大偏差。但是如果針對不同粒
 
  度區間的顆粒都去尋找其復折射率,卻又不現實的。
 
  (2)折射率
 
  Mie散射理論是麥克斯韋電磁方程組的嚴格解,激光法檢測的前提假設是粉體粒子是球形且各向同性的,大多數晶體在不同的方向上有不同的折射率。由于不同廠家的設備中光能探測器的數量、空間分布位置、靈敏度的不同也會導致檢測結果的差異。
 
  (3)內置算法
 
  由于光強分布的差異,不同粒度儀生產廠家所采用的軟件內置算法不同,造成系數矩陣的計算結果差異,由此給反演帶來不同程度的誤差。
 
  (4)內外復折射率
 
  球形石英粉等顆粒,在高溫環境下燒灼成型。由于既要成球,又要熔透轉變為非晶型或不定形,其技術難度很高。所以在生產過程中會有部分無定形態的熔融石英包裹在結晶石英上,以及熔融石英內部含有空心氣泡。這種顆粒被稱為雙層顆粒,顆粒內外復折射率不同,導致激光法測量時可能帶來較大誤差,據相關文獻,最大誤差可能超過50%。
 
  (5)反常異動現象
 
  有研究者發發現在有些折射率下對于部分粒徑區間,隨著粒徑的變小,散射光強分布主峰會向探測器內側移動,而正常情況下應向探測器外側移動,從而影響粒度檢測的結果。這種現象被稱為散射光能分布的反常移動現象。
 
  (6)分散狀態
 
  使用激光粒度儀檢測過程中,需注意保證待測顆粒處于良好的分散狀態。當前市面上的主流激光粒度儀,基本上都帶有離心循環分散和超聲分散兩種分散模式,所以對于這種類型儀器的用戶,不建議測試前的機外分散,因為在用燒杯將分散后的溶液導入循環槽的過程中極易在杯底殘留部分大顆粒,導致測試結果產生誤差。在儀器中分散樣品時,應注意根據物料性質調整超聲和離心循環分散的功率,太大容易導致氣泡的產生,太小則容易導致分散效果變差和大顆粒沉底。
 
  (7)儀器的保養程度
 
  激光粒度儀的保養程度,對檢測結果有較大影響。激光粒度儀需要定期標定維護。在實際的使用過程中發現,部分樣品極易在測試過程中附著在儀器的管路內部,從而混入之后的測試樣品中帶來測試誤差。而儀器自帶的清洗功能很難解決這類問題,需要在激光粒度測量中引起足夠重視。

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