从标准的角度了解激光粒度分析仪

中国粉体网讯  粉体材料是由大量大小不一、形状各异的颗粒组成的颗粒系统，对颗粒粒度、粒度分布的测量，是对粉体材料的生产工艺、生产设备或粉体材料进行性能评价必不可少的工作之一。

来源：丹东百特仪器有限公司

激光粒度分析仪是目前使用领域较广的粒度分析仪

激光粒度分析仪是用于测量颗粒大小及其分布的仪器。测量对象可以是各类连续相介质中的分散相，包括液相介质中的固体颗粒、气泡和液滴(如，水中的油或者油中的水)、气相介质中的固体颗粒和液滴等。

通常，用这类仪器测量颗粒样品时，需要将样品进行分散处理。当分散介质是液体，称为“湿法测量”，相应的分散装置称为“湿法进样器”；当分散介质是气体，则称为“干法测量”，相应的分散装置称为“干法进样器”(测量气相介质中的固体颗粒和液滴无需配备进样器)。

与其他粒度测量仪器相比，激光粒度分析仪具有粒度测量范围宽、测量速度快、测量重复性好和操作方便等优点，在环保、能源、电子、造纸、化工、医药、食品、实验室等众多领域应用广泛。

激光粒度分析仪的结构及原理

激光粒度分析仪是以激光为主要光源，基于散射光空间分布原理测量粒度分布的仪器。主要由光源系统(含激光器和/或其他光源以及配套的光学系统)、测量池和样品分散系统、散射光探测系统、信号采集与系统控制电路、计算机及相关软件组成。

激光粒度仪结构示意图

其原理是利用颗粒对光的散射现象——不同大小颗粒散射光的空间分布特征不同，来测量颗粒粒度及其分布。测量时，待测的颗粒样品以适宜的浓度分散在适当的介质(液体或气体)中，单色光束(通常是激光)照射到颗粒后发生散射，由多元的光电探测器组成的探测器阵列对这些散射光进行测量，并将产生的光电信号输送给仪器的放大和模数转换电路，转变成数字化的散射光分布数据，并将数据传送给计算机。计算机事先利用Mie散射理论或Fraunhofer衍射近似理论建立散射矩阵(矩阵的每一列代表一种粒径颗粒的散射光分布)。收到被测样品的散射光分布数据后，计算机通过适当的反演算法及散射矩阵对散射光分布求解，得出被测样品的粒度分布。

光散射法测量粒度分布原理示意图

另外，激光粒度分析仪反演计算得到的原始分布是体积分布，由于在体积保持不变的情况下，颗粒个数(数量)随粒径的减小呈3次方关系增加，当转换成数量分布时，体积的微小误差将导致小颗粒方向颗粒数的巨大误差。

对于粒径为体积平均粒径1/10的这部分颗粒，如果测量造成的这些颗粒体积误差相对于总体积是0.1%，转换成数量的话，这些颗粒的误差相对于总数量大约是100%。

激光粒度分析仪的技术要求

激光粒度分析仪在制造和使用中，制造单位和用户最关心的就是其性能指标。《颗粒 激光粒度分析仪 技术要求》（GB/T41949-2022）对性能要求重点罗列了以下几点。

仪器重复性

使用仪器分别测量粒径在3个范围——D₅₀≤1μm、1μm<D₅₀≤100μm和D₅₀>100μm的宽分布样品(1.5≤D₉₀/D₁₀≤3)，每个样品重复测量8次，D₅₀的相对标准偏差应不大于2%，D₁₀和D₉₀相对标准偏差应不大于3%。当用户有特殊要求时，由供需双方协商。

仪器准确性

对有证标准物质的D₅₀重复测量3次，仪器测量平均值与粒度标准物质的标准值间的相对误差应符合以下表中的技术指标。

仪器测量相对误差的技术指标

仪器分辨力

把仪器调至正常样品测试状态。使用粒径范围为1μm~100μm，相邻两个峰的粒径比值不大于2的多峰分布粒度标准物质时，仪器应能明显测出多峰分布；或者，选择粒径范围为1μm~100μm且D₅₀比值不大于2的两种颗粒标准物质混合后进行测量，应能从仪器测量出的粒度分布曲线图中观察到两个明显的峰形。

D₅₀检测下限

仪器应能测量其标称的D₅₀下限以上的任意单分散颗粒标准物质的粒径，且测量的准确性同样要满足要求。

小结

激光粒度仪应用场景广泛，我国作为工业大国，激光粒度仪市场需求空间广阔。同时国家政策支持各企业、实验室、医院等领域设备更新改造，激光粒度仪市场需求空间将进一步扩大。同时对其性能要求也将越来越高。

信息主要来源：《颗粒 激光粒度分析仪 技术要求》（标准号：GB/T41949-2022）

（中国粉体网编辑整理/黑金）

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