激光粒度仪基础知识讲解

任中京教授主讲：激光粒度仪基础知识

1、什么是颗粒？

颗粒是指具有一定尺寸和形状，存在于另一种连续介质中的的微小物体。粉体是由存在于空气中的固体颗粒堆积而成、雾滴则是分散在气体中的液体颗粒的统称、乳液则是油滴颗粒分散在另一种液体水中形成的两相系统。在这个系统中连续介质与颗粒一起组成了颗粒系统。颗粒称为分散相，介质则称为连续相。我们说的“颗粒”尺寸通常在1毫米以下。

固体颗粒分散在液体中称为“悬浮液”，固体颗粒悬浮在气体中成为“气溶胶”，气体分散在液体中成为“气泡”，液体分散在另一种液体中成为“乳液”，液体分散在空气中成为“雾滴”，以上都是颗粒体系的例子。

2、关于粒度与粒径的概念

颗粒的大小统称为粒度（particle size）。具体地说，球形颗粒的粒度用他的直径表示称为“粒径（particle diamite）”，非球形颗粒没有直径可言，就采用“等效粒径”的概念描述它的粒度，不同的等效粒径有不同的物理意义。由此说来粒径是比粒度更为具体更为准确的物理概念，粒度则是一种概括的说法。

3、颗粒大小如何分类？

“纳米颗粒”指1-100nm尺度的颗粒；“微米颗粒”指1-1000微米的颗粒；“亚微米颗粒”指0.1-1微米的颗粒。“超细颗粒”是纳米颗粒与亚微米颗粒的总称；“细粉”指1-100微米的固体颗粒；“粗粉”指100-1000微米的固体颗粒；超过1000微米的特大颗粒则进入块状物体的范畴了。不的行业还有很多不同的说法，统一这些说法有利于技术交流。

4、我们为什么关心颗粒的大小？

颗粒大小与颗粒的几乎所有性能的发挥密切相关，水泥的水化反应、涂料的附着力、电池材料的充放电、药品被人体的吸收效率无一不与颗粒的大小有关。因为在颗粒体系中颗粒与介质的界面大小决定了颗粒的活性，描述颗粒活性可用单位质量的颗粒表面积表征，称为比表面积，颗粒越小比表面积越大，颗粒的活性越强。这是人们关心颗粒大小的根本原因。

5、激光粒度仪测试原理。

根据激光散射原理，颗粒大小不同，散射光能量随散射角度的分布也不同，此种分布称为散射谱。激光粒度仪就是通过检测颗粒群的散射谱反演颗粒大小及其分布的。

6、何为光学浓度？

遮光率又称光学浓度，其定意是颗粒在光束中的遮光横截面与光束总面积之比。使用中常用颗粒的散射光加吸收光能量之和与激光输出总能量（扣除背景散射）之比。

7、光学浓度与颗粒重量浓度有什么不同？

光学浓度与颗粒的体积（重量）百分比浓度不同，前者与颗粒的大小有关，颗粒越小，比面积越大，遮光能力就越强。因此体积浓度相同的两种样品在激光粒度仪中，小颗粒会显示出更大的光学浓度。

8、He-Ne激光器的优缺点

氦氖激光器是使用时间最早，技术最成熟，应用最为广泛的激光器之一。气体原子具有确定的能级结构，在外界的电子激发后发生能级跃迁产生粒子数反转，产生受激辐射，发出激光。因此氦氖激光波长是纯净的单色光，线宽极窄，波长误差只有几纳米，因此具有极大的相干长度。有些靠能带跃迁发光的激光器如LD 的单色性与相干性无法与之相比。原子能级结构是确定的，因此激光不受温度波动影响。加上谐振腔的作用保障了激光输出具有良好的准直性，发散角只有几个毫弧度。在需要良好单色性、相干性和准直性的场合，特别是精密测量领域，气体激光器具有不可动摇的地位。

氦氖激光器主要缺点是需要高压直流供电，需要较高的技术含量，与ＬＤ相比成本较高。

9、SOP的含义是什么？他在颗粒测试中有什么作用？

SOP的含义是“标准化操作程序”，在实现自动控制的仪器中一般都配用SOP。测试固定种类的样品时，可将测试经验固定成为标准程序，启动此程序，样品分散、测试记录、数据分析、报告打印、系统清洗，整个测试过程实现一键操作。这不仅降低了操作人员劳动强度，更重要的是减少了人为因素对测试结果的干扰，提高了测试结果的可比性。

10、样品分散的方法

为了获得一次粒径的正确数据，粒度测试中常常需要将团聚的颗粒集合体打开，形成颗粒单体并保持均匀分散在介质中，这个操作称为“分散”。激光粒度仪对分散系统的要求是“分散而不离析”

颗粒在液体介质中可以采用的湿法分散技术有：

超声分散，利用超声波在液体中传播时的空化作用将团聚体解聚；

机械搅拌分散，利用叶片旋转的机械作用使颗粒解体并在容器中均匀分布；液体循环，使用泵驱动悬浮液高速流动，促使颗粒在整个分散系统中保持分布均匀防止大颗粒沉降。

分散剂，有些样品需要采用化学分散的方法，加入适量的分散剂改善颗粒表面的电性能以维持分散状态。

表面预处理，有些样品与介质之间不亲和，表现为浮在水面，需要在入水前加入少量的乙醇或其他表面处理剂进行预处理，以便使其在水中易于分散。

颗粒在空气中可以采用干法分散技术：

干法分散的核心部件是分散泵，分散泵的作用（1）利用气源的高速气流形成的负压把干燥粉末吸入泵体与气流混合，（2）高速气流又称为紊流，颗粒在紊流中受到复杂的流体力学作用，包括正激波的冲击，旋转气流的剪切，颗粒的附壁效应及颗粒间碰撞等，使团聚颗粒分解为单体达到分散的目的。

颗粒分散需要注意：

颗粒分散前需了解他的特性。易碎的脆性颗粒要小心分散，如玻璃珠，煤粉；经过表面包复改性处理的颗粒，慎用超声分散；要求观察原始自然状态的材料，不要分散；记录结晶或其他化学反应过程的不要分散。

济南微纳颗粒仪器股份有限公司

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