粒子散射-激光粒度仪

粒子散射的原理
　　光通过粒子时发生散射。散射场的强度分布、极化和光谱特性都与散射体的特性有关。通过对散射光的测量，可以获得散射体结构和性质的各种信息。以光散射理论为基础，发展了微粒子测量技术、光谱学、彩虹折射法和相位多普勒技术。它们在微粒测量技术（粒度仪）、拉曼光谱、布里渊散射、多相流、燃烧过程的光学处理等领域都有广泛的应用。

典型的散射体：生物细胞、纳米颗粒和燃料颗粒

激光粒度分析仪的原理及组成
　　其原理是激光在传播中，波前受到与波长尺度相当的隙孔或颗粒的限制，以受限波前处各元波为源的发射在空间干涉而产生衍射和散射，衍射和散射的光能的空间（角度）分布与光波波长和隙孔或颗粒的尺度有关。对颗粒群的衍射，各颗粒级的多少决定着对应各特定角处获得的光能量的大小，各特定角光能量在总光能量中的比例，应反映着各颗粒级的分布丰度。按照这一思路可建立表征粒度级丰度与各特定角处获取的光能量的数学物理模型，进而研制仪器，测量光能，由特定角度测得的光能与总光能的比较推出颗粒群相应粒径级的丰度比例量。采用MIE散射原理的激光粒度仪，假设被测颗粒为标准球形，无法测量颗粒形貌，多为离线粒度仪。可检测颗粒大小及分布，覆盖了毫米、微米、亚微米及纳米多个波段。
　　激光粒度分析仪依据分散系统分为湿法测试仪器，干法测试仪器，干湿一体测试仪器，另有专用型仪器，例如喷雾激光粒度仪、在线激光粒度仪等；

激光粒度仪的主要组成

1. 激光光源

通常采用单色性好的激光器，超窄线宽的单频激光器是首选。

2. 光学系统

扩束镜：将激光束扩展为平行光，确保照射到样品上的光斑均匀。

透镜组：包括傅里叶透镜或聚焦透镜，用于收集散射光并将其投射到探测器上。

3. 样品分散系统

湿法分散：通过循环泵、超声波分散器（防止颗粒团聚）和样品池实现液体中颗粒的均匀分散。

干法分散：采用压缩空气或振动装置分散干燥粉末。

4. 散射光探测器

环形或多环阵列探测器（如光电二极管阵列），用于捕捉不同角度的散射光信号。

前向小角度探测器（测量大颗粒）和侧向/后向探测器（测量小颗粒）。

5. 信号处理与控制系统

光电转换器将光信号转为电信号，经放大后传输至计算机。

软件通过算法（如Mie理论或Fraunhofer衍射模型）计算粒径分布。

6. 数据处理软件

实时显示散射光能分布，拟合颗粒尺寸分布曲线（通常以体积百分比表示）。

激光粒度仪用激光器
　　激光粒度仪用的激光器一般要求较高的功率稳定性（<0.3% ）、波长稳定性（<±0.1nm）和超低的噪声（<0.1% 4小时）。对性能的重复性和光束质量（TEM₀₀）也有很高的要求，同时要求环境适应性强,结构紧凑稳定以确保长期的热稳定性和机械稳定性，波长越短测量精度越高。常用的是窄线宽和单频激光器，波长有405，532nm，633nm（可替代氦氖激光器），671nm,780nm, 830nm 等。