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技术文章
动态光散射激光粒度仪与生活的密不可分
点击次数:1245 发布时间:2014-08-27
  使用动态光散射激光粒度仪为什么要先测量背景,因为 背景是激光透过纯净介质后在探测器上形成的固定的光信号,动态光散射激光粒度仪主要是探测光经过路径上的颗粒物(例如,样品池窗口玻璃和透镜表面上的污渍、内部的瑕疵、介质中的残余颗粒等)对光的散射引起的。动态光散射激光粒度仪测量背景的目的是在粒度测试(有样品)是扣除这些固定的、与样品无关的信号,以消除样品散射以外的杂散光对测试结果的影响。
  动态光散射激光粒度仪是通过检测颗粒的散射谱来分析颗粒大小与分布的,因此能否获得清晰的散射谱至关重要,激光是一种准直性,单色性良好的光源,只有采用激光才能在散射/衍射粒度仪器中得到清晰的散射谱分布。用多种波长混合的光源不可能获得清晰的散射谱,只能获得多种散射谱的叠加,因此不能用于粒度仪。
  动态光散射激光粒度仪测量粒度的原理是MIE散射理论。 MIE散射理论用数学语言描述了折射率为n、吸收率为m的特定物质的,粒径为d球型颗粒,在波长为λ单色光照射下,动态光散射激光粒度仪散射光强度随散射角θ变化的空间分布函数,此函数也称为散射谱。根据MIE散射理论可以看出颗粒越大,前向散射越强而后向散射越弱;动态光散射激光粒度仪随着颗粒粒径的减小,前向散射迅速减弱而后向散射逐渐增强。附图示意表示了以波长为尺度大、中、小颗粒的散射谱。动态光散射激光粒度仪正是通过设置在不同散射角度的动态光散射激光粒度仪阵列,测试颗粒的散射谱,由此确定颗粒粒径的大小。这种散射谱对于特定颗粒在空间具有稳定分布的特征,因此称此种原理的仪器为动态光散射激光粒度仪。
  但是当颗粒粒径小到一定的程度dm,与另一种更小颗粒dm-δ相比,如果二种颗粒的散射谱非常相似,以至不能被动态光散射激光粒度仪阵列所分辨,就认为达到了激光粒度仪的测量极限,此粒径dm就是激光粒度仪的测量下限。
  此极限还与动态光散射激光粒度仪激光波长有关,研究表明红光635nm波长的激光测量极限为50纳米,而蓝光405nm波长的激光测量理论极限为20nm。
  近年来动态光散射激光粒度仪进展很快,表现在以下几个方面:
  1)动态光散射激光粒度仪更加成熟,激光衍射/散射技术,现在已经成为颗粒测试的主流.其主要特点:测试速度快,重复性好,分辨率高,测试范围广得到了进一步的发挥.
  动态光散射激光粒度仪zui近几年的主要进展在于提高分辨率和扩大测量范围.探测器尺寸增加,附加探头的使用扩大了测量范围;多种激光光源的使用、多镜头、会聚光路、多量程、可移动样品窗的使用提高了分辨率,动态光散射激光粒度仪采样速度的提高则进一步改善了仪器的重复性.激光粒度仪采用高能量蓝光辅助光源和汇聚光学系统,测量范围达到0.02?2000微米,不需更换透镜.动态光散射激光粒度仪用多波长偏振光双镜头技术将测量范围扩展到0.04?2000微米.代表了当前的先进水平.国产的激光粒度仪在制作工艺和自动化程度上尚有欠缺,但大多数在重复性准确度方面也达到了13320国际标准的要求.目前动态光散射激光粒度仪在技术上,已经达到了相当成熟的阶段.
  理论上,静态激光粒度仪欲分辨纳米级的颗粒至少需要二个条件:1、具有测量后向散射的动态光散射激光粒度仪阵列,2、需要用波长更短的动态光散射激光粒度仪。在可见光的范围内,20nm是静态激光粒度仪的理论测量下限。
  在多种动态光散射激光粒度仪中半导体激光与气体激光相比,气体光源波长短,线宽窄,单色性好,稳定性远优于半导体光源。因此微纳与大多数专业公司选用了气体动态光散射激光粒度仪作为测量光源。根据颗粒布朗运动的快慢,通过检测某一个或二个散射角的动态光散射信号分析纳米颗粒大小,能谱是随时间高速变化。动态光散射原理的粒度仪仅适用于纳米级颗粒的测试。
 

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