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激光粒度分析仪

激光粒度仪 原理 粒度 样品测量

工作原理

激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性,所以在没有阻碍的无限空间中激光将会照射到无穷远的地方,并且在传播过程中很少有发散的现象。如图1所示。

米氏散射理论表明,当光束遇到颗粒阻挡时,一部分光将发生散射现象,散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ,θ角的大小与颗粒的大小有关,颗粒越大,产生的散射光的θ角就越小;颗粒越小,产生的散射光的θ角就越大。即小角度(θ)的散射光是有大颗粒引起的;大角度(θ1)的散射光是由小颗粒引起的,如图2所示。进一步研究表明,散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样,测量不同角度上的散射光的强度,就可以得到样品的粒度分布了。

为了测量不同角度上的散射光的光强,需要运用光学手段对散射光进行处理。我们在光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜,在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器,不同角度的散射光通过富氏透镜照射到多元光电探测器上时,光信号将被转换成电信号并传输到电脑中,通过专用软件对这些信号进行处理,就会准确地得到粒度大小和分布了,如图3所示。

粒度的基础知识

颗粒:在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体。这里所说的一定尺寸一般在毫米到纳米之间,颗粒不仅指固体颗粒,还有雾滴、油珠等液体颗粒。

粉体:由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群。

粒度:颗粒的大小叫做颗粒的粒度。

粒度分布:用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总量的百分数有区间分布和累计分布两种形式。区间分布又称为微分分布或频率分布,它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。累计分布也叫积分分布,它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。

遮光比:指测量用的照明光束被测量中的样品颗粒阻挡的部分与照明光的比值,颗粒在测量介质中的浓度。

粒径和等效粒径

粒径就是颗粒直径;等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性与同质的球形颗粒相同或相近时,我们就用该球形颗粒的直径来代表这个实际颗粒的直径。那么这个球形颗粒的粒径就是该实际颗粒的等效粒径

1.等效体积径:与实际颗粒体积相同的球的直径。一般认为激光法所测的直径为等效体积径。

2.等效沉速径:在相同条件下与实际颗粒沉降速度相同的球的直径。沉降法所测的粒径为等效沉速径,又叫Stokes径。

3.等效电阻径:在相同条件下与实际颗粒产生相同电阻效果的球形颗粒的直径。库尔特法所测的粒径为等效电阻径。

4.等效投进面积径:与实际颗粒投进面积相同的球形颗粒的直径。显向镜法和图像法所测的粒径大多是等效投影面积直径。

粒度特性的关键指标

1.D50:一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%,小于它的颗粒也占50%,D50也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。

2.D97:一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。D97常用来表示

粉体粗端的粒度指标。

其它如D16、D90等参数的定义与物理意义与D97相似。

3.比表面积:单位重量的颗粒的表面积之和。比表面积的单位为m2/kg或cm2/g。比表面积与粒度有一定的关系,粒度越细,比表面积越大,但这种关系并不一定是正比关系。

粒度测试的重复性

同一个样品多次测量结果之间的偏差。重复性指标是衡量一个粒度测试仪器和方法好坏的最重要的指标。

1.影响粒度测试重复性有仪器和方法本身的因素;

样品制备方面的因素;

环境与操作方面的因素等。

粒度测试应具有良好的重复性是对仪器和操作人员的基本要求。

样品的准备和测量

1.用取样勺从样品袋中取出适量的样品,投入到100 ml烧杯中,在烧杯中加入40 ml左右去离子水和适量分散剂,用玻璃棒搅拌悬浮液,然后放入超声波分散器中,打开超声波清洗机电源,让其振动2分钟左右,并观察样品有无漂浮颗粒。

2.样品分散好后,关掉电源,取出烧杯,将样品慢慢倒入样品池,此时边加入样品边观测遮光比,遮光比一般应控制在5%~25%之间(10%为最好),然后迅速点击“分析”,进入样品测量阶段。注意观察“零”环的高度变化,此时零环代表遮光比,与样品的加入量有关。当出现“本次分析已完成”字样时,用鼠标点击“OK”按钮,样品测试完成,保存实验报告。

常见问题

Q: 粒径与预期不符的原因?

A: 该测试是进样一次测试三次,除了均匀球状样品外,其他形状样品统计的粒径有可能跟实际不符,非均匀球体样不同角度统计到的粒径是不同的;另外样品不分散也会导致粒径偏大,这种情况可以考虑换一种分散介质试试。

Q: Zeta粒度(纳米粒度)和激光粒度测试的区别?

A: 1)激光粒度适用于微米级粒径的样品;Zeta粒度(纳米粒度)适用于纳米级粒径样品;

2)激光粒度所需样品量多,需要将样品分散到150 ml溶剂中,而且测试需要达到一定遮光度,就要求样品量多一些;而Zeta只需要分散在3ml的溶剂中,很低的浓度就可以。

本文由e测试整理,未经允许,禁止转载。


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