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。
由于激光具有很好的單色性和極強的方向性,所以在沒有阻礙的無限空間中激光將會照射到無窮遠的地方,并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。
下面介紹下儀器的日常維護:
在日常存放和使用儀器時,以下幾點都是必須做到的:
1、儀器的全套設備不論是否處于工作狀態(tài),都應放置在清潔干燥的環(huán)境中。
2、粒度儀的全套設備不用時應蓋上致密的防塵布。
3、當測完一種樣品,必須取下進樣料斗,讓儀器自動執(zhí)行清洗料倉程序,確保下一種樣品的測量的可靠性。并且用毛刷清除進樣料斗上的殘余樣品。
4、粒度儀測量單元連續(xù)開機時間不宜超過5小時。
5、空氣壓縮機應參照說明書定期更換機油。
6、吸塵器收到的測試廢料要定期清理?;虍攦x器指示負壓不足時,必須清理。
7、計算機關機必須按規(guī)定的步驟進行,切不可貿(mào)然關斷電源,否則可能造成難以彌補的損失。
激光粒度儀的光路由發(fā)射、接受和測量窗口等三部分組成。
發(fā)射部分由光源和光束處理器件組成,主要是為儀器提供單色的平行光作為照明光。接收器是儀器光學結(jié)構的關鍵。
測量窗口主要是讓被測樣品在完全分散的懸浮狀態(tài)下通過測量區(qū),以便儀器獲得樣品的粒度信息。
激光粒度儀系列產(chǎn)品采用全程米氏理論和多種分布模型的數(shù)據(jù)處理方式,使該儀器具有準確可靠、測試速度快、重復性好、操作簡便等突出特點。
所謂激光粒度儀是專指通過顆粒的衍射或散射光的空間分布(散射譜)來分析顆粒大小的儀器。根據(jù)激光散射原理,顆粒大小不同,散射光能量隨散射角度的分布也不同,此種分布稱為散射譜。激光粒度儀就是通過檢測顆粒群的散射譜反演顆粒大小及其分布的。
1、為什麼散射/衍射激光粒度儀必須采用激光作光源
激光粒度儀是通過檢測顆粒的散射譜來分析顆粒大小與分布的,因此能否獲得清晰的散射譜至關重要,激光是一種準直性,單色性良好的光源,只有采用激光才能在散射/衍射粒度儀器中得到清晰的散射譜分布。用多種波長混合的光源不可能獲得清晰的散射譜,只能獲得多種散射譜的疊加,因此不能用于粒度儀。
在多種激光器中半導體激光與氣體激光相比,氣體光源波長短,線寬窄,單色性好,穩(wěn)定性遠優(yōu)于半導體光源。因此微納與大多數(shù)專業(yè)公司選用了氣體激光器作為測量光源。
2、激光粒度儀與其他方法相比有什么優(yōu)勢?
激光粒度儀的光路實際是一個二維傅立葉變換器,因此具有傅立葉變換的許多特點:1、所有顆粒的散射信息是以光速并行傳輸?shù)竭_光電探測器的,因此速度快無與倫比;2、探測器可以做的非常窄大約幾個微米,因此分辨率非常高;3、測試過程顆粒散射不會受到人為因素的干擾,因此測試重復性超群;4、根據(jù)傅立葉變換的平移不變性,顆粒在樣品池中的運動速度不會影響頻譜分布,因此適用于動態(tài)顆粒的測試,這是其他粒度測試方法所無法比擬的,這成為了顆粒在線測試理論依據(jù)。
3、激光粒度儀測量下限是多少?
激光粒度儀測量粒度的原理是MIE散射理論。MIE散射理論用數(shù)學語言精確描述了折射率為n、吸收率為m的特定物質(zhì)的,粒徑為d球型顆粒,在波長為λ單色光照射下,散射光強度隨散射角θ變化的空間分布函數(shù),此函數(shù)也稱為散射譜。根據(jù)MIE散射理論可以看出顆粒越大,前向散射越強而后向散射越弱;隨著顆粒粒徑的減小,前向散射迅速減弱而后向散射逐漸增強。激光粒度儀正是通過設置在不同散射角度的光電探測器陣列,測試顆粒的散射譜,由此確定顆粒粒徑的大小。這種散射譜對于特定顆粒在空間具有穩(wěn)定分布的特征,因此稱此種原理的儀器為靜態(tài)激光粒度儀。
但是當顆粒粒徑小到一定的程度dm,與另一種更小顆粒dm-δ相比,如果二種顆粒的散射譜非常相似,以至不能被光電探測器陣列所分辨,就認為達到了激光粒度儀的測量極限,此粒徑dm就是激光粒度儀的測量下限。
此極限還與激光波長有關,研究表明紅光635nm波長的激光測量極限為50納米,而藍光405nm波長的激光測量理論極限為20nm。
理論上,靜態(tài)激光粒度儀欲分辨納米級的顆粒至少需要二個條件:
1、具有測量后向散射的光電探測器陣列
2、需要用波長更短的激光器。在可見光的范圍內(nèi),20nm是靜態(tài)激光粒度儀的理論測量下限。
激光粒度儀的工作原理是基于光的散射理論與衍射理論。
當光束投射到儀器的分散系統(tǒng)時,可以發(fā)生光的吸收、反射、散射、衍射。
當入射光的頻率與分子的固有頻率相同時,發(fā)生光的吸收;
當入射光的波長小于分散粒子的尺寸時,則發(fā)生光的反射、衍射等;若入射光的波長大于分散相粒子的尺寸時,發(fā)生光的散射。
一般0.1μm以下的顆粒,衍射現(xiàn)象消失,主要發(fā)生散射現(xiàn)象;
0.1~10μm的顆粒,也是以衍射光為主,顆粒會產(chǎn)生部分的折射和散射光;大于10μm的顆粒,散射和折射都消失,以衍射為主。
根據(jù)夫瑯和夫衍射理論,對于10μm,0.1~10μm的顆粒,衍射角的大小與顆粒的大小有關,衍射光的強度與顆粒的數(shù)量有關,由此可以確定顆粒的尺寸及數(shù)量。
對于0.1μm以下0.1~10μm的顆粒,根據(jù)米氏散射理論,既考慮光的衍射,同時也考慮光的散射和折射,根據(jù)顆粒的綜合折射系數(shù),進行計算,從而求出顆粒的大小及尺寸。