淺談激光粒度儀的應(yīng)用研究摘要：本文首先簡(jiǎn)要的介紹了激光粒度儀檢測(cè)的主要方法、構(gòu)造、原理，其次闡述了其發(fā)展的歷程和相關(guān)應(yīng)用，并結(jié)合自己的實(shí)際情況講解了如何利用它來為我的科研服務(wù)，最后展望了其發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：激光粒度儀功能應(yīng)用在科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的固體原料和制品,很多都是以粉體形態(tài)存在的，顆粒粒度分布對(duì)這些產(chǎn)品的質(zhì)量和性能起著重要的作用。例如，催化劑的粒度對(duì)催化效果有著重要的影響；水泥的粒度影響凝結(jié)時(shí)間及最終的強(qiáng)度；各種礦物填料的粒度影響著制品的質(zhì)量與性能；涂料的粒度會(huì)影響涂飾效果和表面光澤；藥物的粒度影響口感、吸收率和療效等等。因此,在粉體加工與應(yīng)用領(lǐng)域中，相應(yīng)的顆粒粒度測(cè)量就顯得相當(dāng)重要。有效地測(cè)量與控制粉體的顆粒粒度及其分布，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源消耗、控制環(huán)境污染、保護(hù)人類的健康等具有重要意義。顆粒粒度測(cè)量的方法很多，激光散射法是目前用途最廣泛的一種。這種方法具有測(cè)量范圍寬(通常為0.1~3500μm)、粒度分析快、再現(xiàn)性較好、可實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量等特點(diǎn)，對(duì)科學(xué)研究和生產(chǎn)過程中的粒度控制起著重要的作用。此外,激光粒度儀可以得出多種粒度數(shù)據(jù),如體積平均粒徑、比表面積、區(qū)間粒度分布和累計(jì)粒度分布等。現(xiàn)階段粒度分析在材料工程、食品工程、制藥工程、石油化工、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域具有重要作用。由于傳統(tǒng)的粒度測(cè)量方法操作繁瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)，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?，F(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(cè)量領(lǐng)域，完全克服了傳統(tǒng)方法所帶來的弊端，在大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，加快了樣品的檢測(cè)速度，提高了檢測(cè)結(jié)果的質(zhì)量。近年來，有關(guān)粒度分布的測(cè)試技術(shù)和測(cè)試方法有很多，而激光粒度分析方法，因測(cè)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。一激光粒度檢測(cè)的主要方法、構(gòu)造和原理根據(jù)測(cè)量要求不同，目前得到廣泛應(yīng)用的各種顆粒粒徑測(cè)量?jī)x器的種類很多，相應(yīng)的顆粒測(cè)量方法也有很多。按其基本工作原理可以分為直接法和間接法兩大類。直接法是根據(jù)顆粒的幾何尺寸測(cè)定，如篩分法和顯微鏡法；而根據(jù)某種物理規(guī)律測(cè)定顆粒在某些因素影響下所具有的某一物理量，再換算成具有相同數(shù)值的同一物理量的球體的直徑，用它代表粒子的大小，稱為間接法，如沉降法、電感應(yīng)法(Coulter法)、光散射法。它們各有自己的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。其中光散射法作為一代新穎的測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器，以其顯著特點(diǎn)已在顆粒測(cè)量領(lǐng)域及國(guó)際市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位。（下圖為激光粒度儀的簡(jiǎn)單裝置圖）由激光器(一般為He-Ne激光器或半導(dǎo)體激光器)發(fā)出的光束。經(jīng)空間濾波器和擴(kuò)束透鏡后,得到了一個(gè)平行單色光束,該光束照射到由分散系統(tǒng)傳輸過來的顆粒樣品后發(fā)生散射現(xiàn)像。研究表明,散射光的角度和顆粒直徑成反比,散射光強(qiáng)隨角度的增加呈對(duì)數(shù)衰減。這些散射光經(jīng)傅立葉透鏡后成像在排列有多環(huán)光電探測(cè)器的焦平面上。多環(huán)探測(cè)器上的中央探測(cè)器用來測(cè)定樣品的體積濃度,外圍探測(cè)器用來接收散射光的能量并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),而散射光的能量分布與顆粒粒度分布直接相關(guān)。通過接收和測(cè)量散射光的能量分布就可以反演得出顆粒的粒度的分布特征。當(dāng)光線照射到顆粒上是會(huì)發(fā)生衍射、散射。其衍射、散射光強(qiáng)與粒子的大小有關(guān)。觀測(cè)其強(qiáng)度，可應(yīng)用Fraunhofer衍射理論和Mie散射理論求得粒度分布。一般地，光散射現(xiàn)象可以用Maxwell電磁方程式嚴(yán)密解出的Mie散射理論說明。但是實(shí)際使用起來過于復(fù)雜，為了求得實(shí)際的光強(qiáng)，可根據(jù)入射波長(zhǎng)λ和粒徑r和噴涂的經(jīng)濟(jì)效益十分重要；在金屬粉體行業(yè)，金屬粉體的粒徑分布會(huì)直接影響到金屬粉體在壓充，燒結(jié)，成型是所表現(xiàn)出來的性能，進(jìn)而影響由它所制造出來的零件的各種物理性能；在咖啡生產(chǎn)行業(yè)，咖啡豆的磨制程度即顆粒度直接影響到熬制出來的咖啡口味，為了確保咖啡能夠獲得最佳的口味就需要對(duì)磨制后的咖啡顆粒進(jìn)行日常性的質(zhì)量監(jiān)理；牛奶的生產(chǎn)中需要對(duì)其均一化過程進(jìn)行精確控制，因?yàn)槠淙橐侯w粒的大小直接影響乳產(chǎn)品的穩(wěn)定性，口味和乳液壽命；油墨和顏料顆粒的大小與分布對(duì)色彩的強(qiáng)度，表面質(zhì)感，和油墨的施用方式都有著極為重要的影響。三激光粒度儀與我的研究作為高分子化學(xué)與物理專業(yè)的學(xué)生，我們主要的理論研究是聚合物，以及對(duì)聚合物進(jìn)行改性用的無機(jī)填料；應(yīng)用研究主要有紡織漿料、紙張干濕強(qiáng)劑，紙張施膠劑等。由于納米材料具有體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等各種效應(yīng)，所以能夠表現(xiàn)出高活性、強(qiáng)吸光能力、高選擇性、高催化性、高擴(kuò)散性、高磁化率等奇特理化性能，我們的研究也都朝著這個(gè)方向發(fā)展。具體來講就是研究聚合物納米材料，已經(jīng)納米填料對(duì)聚合物的改性作用，這些都需要對(duì)材料的微觀大小方面進(jìn)行深入峰研究，表征，檢測(cè)和檢測(cè)，而激光粒度儀的檢測(cè)速度快，重現(xiàn)性好，精密度高，節(jié)省人力等為我們的研究提供了必要幫助。Malvern激光粒度儀不僅能檢測(cè)粒徑，同時(shí)還能檢測(cè)Zeta電位，這兩個(gè)參數(shù)是研究乳液、膠體、納米材料等的關(guān)鍵因素。對(duì)于它們來說，從粒徑的大小能很容易的判別出其是否團(tuán)聚，該材料能否滿足科研和生產(chǎn)的要求；電位的大小、正負(fù)、及其分布能明顯的斷定其是否具有穩(wěn)定性，能否應(yīng)用于對(duì)電荷有特定要求的領(lǐng)域。所有這些，Malvern激光粒度儀都能簡(jiǎn)便快捷的解決，它將為我們的科研工作節(jié)省不少時(shí)間。四激光粒度儀的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景近年來國(guó)外的激光粒度測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速。其具有的連續(xù)自動(dòng)取樣、抗干擾能力、以及實(shí)時(shí)顯示報(bào)告等特點(diǎn)，使得其作用越來越突出?？梢灶A(yù)見，在線粒度測(cè)量與監(jiān)測(cè)的發(fā)展將會(huì)給相關(guān)工業(yè)帶來巨大的效益和變革，激光在線測(cè)試技術(shù)將成為顆粒測(cè)試領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)并將會(huì)被逐步推廣和應(yīng)用。隨著粉塵技術(shù)研究的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)激光粒度儀的要求也越來越高。因此，（1）在已有非球形顆粒光散射理論基礎(chǔ)上，對(duì)非球形光散射進(jìn)一步完善，對(duì)光路系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)計(jì)出更寬量程、更高分辨率的激光粒度儀；（2）對(duì)包括特重、難分散等各種疑難樣品的處理，樣品的在線原位分析及在線干粉的取樣和分散分析；（3）先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型的建立，以擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域。這些將是激光粒度儀技術(shù)革新關(guān)注的重點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[1]田英姿，陳克復(fù)，張恒，Malvern粒度儀的使用和測(cè)試分析，《中國(guó)造紙》，2003，22，33-35.[2]胡志平，PSI-200粒度儀的簡(jiǎn)介與應(yīng)用，《有色金屬》，2003，2，30-32.[3]李向召，謝康，黃志凡等，激光粒度儀的技術(shù)發(fā)展與展望，《現(xiàn)代科學(xué)儀器》，2009,4,146-148.[4]舒霞，Mastersizer2000激光粒度分析儀及其應(yīng)用，《合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》，2007，30，164-167.[5]劉雨佳，激光粒度測(cè)量?jī)x的應(yīng)用及展望，《航空精密制造技術(shù)》，2009，45，43-45.[6]趙青秀，李雅寧，激光粒度分析儀及其應(yīng)用芻議，《生命科學(xué)儀器》，2010，8，51-53.[7]付海龍，LS13320激光粒度分析儀的應(yīng)用，《中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)》，2007，