如何選用激光粒度分析儀？

在粉體加工與應(yīng)用的科學(xué)研究及工業(yè)生產(chǎn)中，有效地測(cè)量和控制粉體的顆粒粒度及其分布，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源能耗、控制環(huán)境污染等方面具有重要意義。而顆粒的種類繁多，形狀各異，無(wú)法用簡(jiǎn)單的三維尺寸描述顆粒的大小及形狀，因此每個(gè)行業(yè)都有自己的測(cè)量方法，來(lái)滿足本行業(yè)的特殊要求。

粒度測(cè)量主要方法

其中，激光粒度儀以激光作為探測(cè)光源，具有測(cè)量范圍寬、測(cè)量速度快、非接觸在線測(cè)量、重復(fù)性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在粉體、醫(yī)藥、電池等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

一、激光粒度儀的測(cè)量原理

激光粒度儀的測(cè)量原理是光散射原理，它利用光被散射后，散射光的振幅、位相、偏振態(tài)等與散射顆粒的大小、折射率等有關(guān)的特性，來(lái)測(cè)量粉體樣品的粒度分布。

光散射法測(cè)量粒度分布原理示意圖

光散射法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）由于光的透射性，可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，因而對(duì)被測(cè)樣品的干擾也就很小，從而減小了測(cè)量的系統(tǒng)誤差。

（2）測(cè)量范圍寬廣，可以測(cè)量微米至亞微米級(jí)的顆粒。

（3）適用性廣。除了測(cè)量固體顆粒（粉末）外，還可以測(cè)量液體顆粒（液滴）、氣體顆粒（氣泡）。

（4）測(cè)量速度快。由于光電轉(zhuǎn)換元件的響應(yīng)時(shí)間很短（約8～10sec），加上現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量，實(shí)時(shí)性好。

（5）測(cè)量準(zhǔn)確、精度高、重復(fù)性好。對(duì)單分散性高分子聚合物標(biāo)準(zhǔn)粒子的測(cè)量誤差和重現(xiàn)性可以限制在1～2%之內(nèi)。

（6）儀器的自動(dòng)化和智能化程度高，操作簡(jiǎn)單，使用方便，易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化。

（7）在線測(cè)量。由于光的透射性，光散射特別適于在線測(cè)量，無(wú)須取樣，避免了由此可能產(chǎn)生的各種偏差，也不會(huì)對(duì)被測(cè)對(duì)象或測(cè)量環(huán)境造成干擾，測(cè)量結(jié)果更符合真實(shí)情況。

二、激光粒度儀的基本構(gòu)成

激光粒度儀因具體用途不同，儀器的構(gòu)造差異很大，但總體結(jié)構(gòu)基本相同，主要由激光光源、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、樣品池、傅里葉透鏡、環(huán)形光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。

激光粒度儀的兩個(gè)核心部分是光路系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。光路系統(tǒng)主要影響測(cè)量范圍，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要影響的是結(jié)果的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括信號(hào)的濾波、提取和反演算法。其中，光學(xué)系統(tǒng)主要包含激光器、空間濾波—準(zhǔn)制擴(kuò)束系統(tǒng)、傅立葉變換透鏡、樣品循環(huán)系統(tǒng)和多元光電探測(cè)陣列等部分。

激光粒度儀光路系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

三、如何選用激光粒度分析儀

激光粒度儀是全球范圍內(nèi)公認(rèn)的先進(jìn)，快捷的顆粒測(cè)試儀器，目前國(guó)內(nèi)外有不少研制激光粒度儀的廠家，產(chǎn)品種類比較繁多。對(duì)此，如何判斷和選擇激光粒度分析儀呢？

3.1了解激光粒度儀的關(guān)鍵技術(shù)

（1）粒度測(cè)量范圍。每個(gè)粒度儀都有自己的測(cè)量范圍和適用范圍，并不是測(cè)量范圍越寬越好。

（2）激光光源及檢測(cè)器。激光光源為氣體光源或固體光源，氣體光源穩(wěn)定性好于固體光源，但一般波長(zhǎng)較短。光源功率越大，則散射光的能量越大，儀器的靈敏度越高。激光衍射的光環(huán)半徑隨粒子的減小而增大，但隨著光環(huán)半徑的增加，光強(qiáng)減弱，衍射光強(qiáng)的信噪比降低，容易發(fā)生小粒子的漏檢。檢測(cè)儀的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)就是對(duì)小粒子分布的檢測(cè)能力。

（3）檢測(cè)理論及數(shù)據(jù)處理方法。有的粒度檢測(cè)儀運(yùn)用Mie光散射原理，數(shù)據(jù)運(yùn)算量大，算法相對(duì)復(fù)雜，但運(yùn)算效果好；有些粒度儀采用近似的Mie光散射理論，數(shù)據(jù)處理量小，但處理效果欠佳，適用范圍相對(duì)較窄，存在對(duì)粒子漏檢的缺點(diǎn)。

（4）準(zhǔn)確性、重復(fù)性、穩(wěn)定性。這幾項(xiàng)都是選擇儀器時(shí)的主要指標(biāo)，特別是儀器的穩(wěn)定性，通常選用合理的激光器、優(yōu)化設(shè)計(jì)光路、配備精密高效的分散器來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（5）掃描速度。掃描速度不僅影響到檢測(cè)速度，提高掃描速度還能夠提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的重復(fù)性和準(zhǔn)確性指標(biāo)。

（6）自動(dòng)化、模塊化、智能化。設(shè)計(jì)人性化、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中、自動(dòng)校正、操作智能化、使用方便、免維護(hù)等都是用戶對(duì)儀器的要求。

（7）分散器。只有經(jīng)過(guò)充分的分散，才能保證真實(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。具有分散功能的粒度分析儀選用的濕法分散器通常為連續(xù)可調(diào)的超聲分散器和攪拌分散器;選用的干法分散器通常為密閉式測(cè)量分散器或噴射式分散器。

（8）是否符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。ISO13320標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)激光粒度分析儀的基本要求。但并不是所有制造商都按照該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。在測(cè)量亞微米粒子分布過(guò)程中，采用非激光衍射方法是不符合ISO13320標(biāo)準(zhǔn)的。

3.2了解自己的需求

若要選擇適合自己的激光粒度儀，僅了解激光粒度儀的關(guān)鍵技術(shù)還不夠，還要了解自己的需求。建議根據(jù)能夠支配的款項(xiàng)有多少，確定選擇對(duì)象是進(jìn)口設(shè)備還是國(guó)產(chǎn)設(shè)備；根據(jù)被測(cè)樣品的性質(zhì)如何，確定購(gòu)買干法還是濕法粒度儀；根據(jù)測(cè)試樣品的大致分布范圍，選擇適合自己樣品的測(cè)試范圍的儀器型號(hào)；根據(jù)用途，選擇粒度儀種類。

3.3選擇有技術(shù)實(shí)力的廠家，并實(shí)地考察

激光粒度儀這類儀器是科技含量比較高的儀器產(chǎn)品，對(duì)廠家的技術(shù)實(shí)力要求很高，選擇產(chǎn)品之前應(yīng)該先選擇廠家，一般選擇有技術(shù)基礎(chǔ)，有研發(fā)能力，且專業(yè)性強(qiáng)的廠家比較可靠。

目前，粒度儀市場(chǎng)的國(guó)外的重要廠商有德國(guó)的新帕泰克，美國(guó)的麥奇克（2019年6月被弗爾德收購(gòu)），英國(guó)的馬爾文等。近些年來(lái)，我國(guó)的國(guó)產(chǎn)激光粒度測(cè)試儀器紛紛走向市場(chǎng)，以優(yōu)良的性能獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可，擁有了一系列的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，推動(dòng)了粒度測(cè)量?jī)x器行業(yè)的飛速發(fā)展。國(guó)內(nèi)重要廠商有丹東百特、珠海歐美克、真理光學(xué)、濟(jì)南微納、成都精新、北京飛馳、山東耐克特等。

丹東百特Bettersize3000plus激光圖像粒度粒形分析儀

主要技術(shù)指標(biāo)與性能

來(lái)源：丹東百特官網(wǎng)

歐美克Topsizer Plus激光粒度分析儀

雙光源技術(shù)

來(lái)源：歐美克官網(wǎng)

真理光學(xué)LT2100系列激光粒度分析儀

LT2100系列激光粒度分析儀主機(jī)原理圖

來(lái)源：真理光學(xué)

成都精新JL-1197寬量程激光粒度分布儀

技術(shù)參數(shù)

來(lái)源：成都精新

濟(jì)南微納Winner2018普及型濕法激光粒度分析儀

產(chǎn)品特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

來(lái)源：濟(jì)南微納

小結(jié)

隨著粉體技術(shù)研究的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)激光粒度儀的要求也越來(lái)越高。通過(guò)在基礎(chǔ)理論研究、測(cè)試技術(shù)、產(chǎn)品性能、管理模式、服務(wù)水平等方面進(jìn)一步提升，激光粒度儀行業(yè)將會(huì)全面跨上新水平，國(guó)產(chǎn)激光粒度儀產(chǎn)品也將進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。