激光粒度分析儀原理及其運(yùn)用

粒度分析在材料工程、食品工程、制藥工程、石油化工、國防工業(yè)等領(lǐng)域具有重要作用。由于傳統(tǒng)的粒度測量方法操作繁瑣，耗時較長，已經(jīng)越來越不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)和科研快速反應(yīng)的需求。

現(xiàn)代新興科技的發(fā)展使激光和微電子技術(shù)應(yīng)用到粒度測量領(lǐng)域，*克服了傳統(tǒng)方法所帶來的弊端，在大大減輕勞動強(qiáng)度的同時，加快了樣品的檢測速度，提高了檢測結(jié)果的質(zhì)量。

近年來，有關(guān)粒度分布的測試技術(shù)和測試方法有很多，而激光粒度分析方法，因測量速度快、精度高及準(zhǔn)確度好等特點(diǎn)被人們普遍認(rèn)同。

激光粒度分析儀原理

光在傳播中，波前受到與波長尺度相當(dāng)?shù)南犊谆蝾w粒的限制，以受限波前處各元波為源的發(fā)射在空間干涉而產(chǎn)生衍射和散射，衍射和散射的光能的空間(角度)分布與光波波長和隙孔或顆粒的尺度有關(guān)。

用激光做光源，光為波長一定的單色光后，衍射和散射的光能的空間(角度)分布就只與粒徑有關(guān)。對顆粒群的衍射，各顆粒級的多少決定著對應(yīng)各特定角處獲得的光能量的大小，各特定角光能量在總光能量中的比例，應(yīng)反映著各顆粒級的分布豐度。按照這一思路可建立表征粒度級豐度與各特定角處獲取的光能量的數(shù)學(xué)物理模型，進(jìn)而研制儀器，測量光能，由特定角度測得的光能與總光能的比較推出顆粒群相應(yīng)粒徑級的豐度比例量。

采用濕法分散技術(shù)，機(jī)械攪拌使樣品均勻散開，超聲高頻震蕩使團(tuán)聚的顆粒充分分散，電磁循環(huán)泵使大小顆粒在整個循環(huán)系統(tǒng)中均勻分布，從而在根本上保證了寬分布樣品測試的準(zhǔn)確重復(fù)

激光粒度分析儀的特點(diǎn)

測量粒徑范圍廣。激光粒度分析儀可進(jìn)行從納米到微米量級如此寬范圍的粒度分布。約為：20nm-2000um，某些情況下上限可達(dá)3500um;由于儀器使用過程中無須更換鏡頭及調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，簡化了操作過程。

適用范圍廣。激光粒度分析儀不僅能測量固體顆粒，還能測量液體中的粒子。

重現(xiàn)性好。激光粒度分析法與傳統(tǒng)方法相比，測試過程不受溫度變化、介質(zhì)黏度，試樣密度及表面狀態(tài)等諸多因素的影響，只要將待測樣品均勻地展現(xiàn)于激光束中，激光粒度分析儀能給出準(zhǔn)確可靠的測量結(jié)果。

測量速度快。整個測量過程在2分鐘左右即可完成，某些儀器已實(shí)現(xiàn)了實(shí)時檢測和實(shí)時顯示，可以讓用戶在整個測量過程中觀察并監(jiān)視樣品。

操作簡單。激光粒度分析儀能夠自動完成數(shù)據(jù)采集、分析處理、結(jié)果保存、打印等功能，操作簡單，自動化程度高。

激光粒度分析儀的應(yīng)用

激光粒度分析儀在泥沙分析中的應(yīng)用

研究者共采集了長江干流(上、中、下游)和一級支流漢江的23個具有較廣泛代表性水文測站的309組懸移質(zhì)泥沙樣品和35組床沙樣品，分別進(jìn)行常規(guī)粒、吸結(jié)合法顆粒分析和激光法顆粒分析，并進(jìn)行樣品顆粒級配測試。收集對比分析資料得出結(jié)果為，激光粒度儀分析穩(wěn)定(重復(fù))性較好，度較高;激光粒度儀在粒徑大于0.031mm以上與傳統(tǒng)法相比系統(tǒng)偏差較小，而以下則系統(tǒng)偏差較大，同組粒徑累積百分?jǐn)?shù)zui大相差達(dá)60%，一般表現(xiàn)為粒徑越小、相差越大。另外，不同河段、不同沙樣條件下，激光粒度儀與傳統(tǒng)粒吸法分析泥沙顆粒級配兩者之間相關(guān)關(guān)系復(fù)雜、隨機(jī)性大;即使是在同一河段、同一單站，也不是理論上一一對應(yīng)函數(shù)關(guān)系，而是存在對應(yīng)的差異性。

激光粒度分析儀在涂料分析中的應(yīng)用

對涂料中的鋅粉采用了干分散法和濕分散法測量，發(fā)現(xiàn)兩者都能客觀地反映樣品的粒度分布。不論選用濕分散法還是干分散法，為保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)做到以下幾個方面：*，選用干分散法測試要選用合適的分散壓力，只有選擇的壓力大小能*分散開加入的樣品顆粒，才能測出準(zhǔn)確的樣品顆粒度分布，否則測試的結(jié)果僅為該樣品團(tuán)聚顆粒的粒度分布，也不能滿足樣品測試重復(fù)性的要求;第二，濕分散法測試分散介質(zhì)和分散劑的選擇至關(guān)重要，只有根據(jù)樣品的特點(diǎn)選擇好合適的分散介質(zhì)和分散劑才能獲得準(zhǔn)確的樣品粒度分布;第三，測試的鏡頭不能被污染，鏡頭要保持清潔，這樣才能保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確;第四，遮光指數(shù)控制在合適的范圍內(nèi)，干分散法測試控制在7%-10%，濕分散法測試控制在20%-30%為*測試范圍。

激光粒度分析儀在海洋分析中的應(yīng)用

利用激光粒度分析儀對大洋鉆探ODP204航次氣體水合物穩(wěn)定帶的598個沉積物樣品進(jìn)行了粒度分析，探索氣體水合物賦存和沉積物粒度之間的相關(guān)關(guān)系。發(fā)現(xiàn)水合物海嶺氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)沉積物的粒度組成特征為：粉砂含量主要在60%-75%之間，是氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)沉積組分的主體組分;粘土含量一般小于35%，砂含量一般小于5%，個別層位達(dá)到15%。體積平均粒徑、中值粒徑差值基本小于15um，個別層位差值可達(dá)30um左右。進(jìn)一步運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)性研究，定量地揭示各個站位沉積物粒徑變粗與氣體水合物之間存在的不同相關(guān)性。結(jié)果表明，有利于氣水合物賦存的粒級區(qū)間基本在45-130um之間，主要在大于64um砂級范圍內(nèi)，同時，一些站位中粒徑相對較粗的粉砂組分(45-60um)也有利于氣水合物的賦存。這個研究為進(jìn)一步了解沉積物細(xì)微的粒度變化與氣水合物的分布相關(guān)提供了新的沉積學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)方面的資料和認(rèn)識。

激光粒度分析儀在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

利用激光粒度分析儀對水泥顆粒級配分布進(jìn)行了預(yù)測，在水泥配比及熟料燒成條件不變的情況下，而水泥的顆粒分布同水泥的28天強(qiáng)度存在很好的相關(guān)性，水泥顆粒級配對水泥性能產(chǎn)生的各種影響，主要是因?yàn)椴煌笮☆w粒的水化速度不同，試驗(yàn)測定的結(jié)果為：0-10um顆粒，一天水化達(dá)75%，28天接近*;10-30um顆粒，7天水化接近一半;30-60um顆粒，28天水化接近一半;>60um顆粒，3個月后水化還不到一半。因此可通過水泥的顆粒分布預(yù)測其28天強(qiáng)度，預(yù)測結(jié)果基本上能滿足我們的控制要求，實(shí)現(xiàn)了超前控制。