激光衍射

激光衍射技术基于某种散射模型,通过测量入射光和散射光来捕获关于粒度分布的信息。这是一种不需要校准的绝对方法,该方法本身具有许多优点,比如测试速度快、重复性好、操作简便以及粒度动态范围宽-从纳微米到毫米跨越近五个数量级。

在过去二十年中,激光衍射技术迅速发展,在粒度小于几毫米的颗粒检测方面已经部分取代了传统方法,例如筛分法和沉淀法,而在颗粒大于 50μm 的粒度检测方面也已经部分取代了光学或者电子显微镜方法。

最初,通过激光衍射进行的粒径测定仅限于 Fraunhofer 衍射理论的使用。如今,激光衍射分析仪已经超越了简单的衍射效应。现在,一般方法基于 Mie 理论,并且在宽散射角范围内使用散射强度的测量。此外,非激光光源通常用于补充主激光光源,以获得有关亚微米级颗粒的其他特征信息。

激光衍射仪器的结构示意图及主要功能

laser diffraction illustration

该过程从产生单色光束的光源开始。在经过几个光学部件之后,原始光束变为扩展和准直光束,照射到待测颗粒上,产生独特的空间衍射图谱。

这些衍射图谱被多个光电检测器捕捉并转化为光电流,随后对光电流进行处理并数字化,从而产生转换为粒度分布的强度通量图。

一些工业颗粒是非球形的,但是由于测量过程中样本循环的翻转和旋转运动,这些颗粒的角和边缘的散射效应得以消除。这允许将 Mie 或 Fraunhofer 理论应用只涉及“直径”这1个参数的系统。该方法仅产生表观值,需要认识到从大多数粒度分析技术(包括激光衍射)获得的“粒径”可能与实际粒径有所不同。迄今为止,球形建模是唯一可行选择,设计用于测定各种样品颗粒大小的商业仪器,而不考虑实际颗粒形状。