激光粒度分析仪的基本原理及工作机制介绍
点击次数：43 发布时间：2026-01-14
激光粒度分析仪是通过测量颗粒对激光的散射特性来确定其粒径分布及浓度的仪器。其核心技术原理基于光散射理论，通过系统采集和分析散射光信号，结合相应数学模型实现颗粒群粒径的定量表征。 
一、光散射理论基础
当激光束照射到颗粒悬浮体系时，会产生复杂的光散射现象。散射光的空间分布强度、角度依赖性和偏振状态与颗粒的粒径、形状、折射率及入射光波长密切相关。对于球形颗粒，其散射特性可通过米氏散射理论进行精确描述；当颗粒粒径远小于激光波长时，可简化为瑞利散射近似。仪器通过测量不同角度下的散射光强度分布，反演出颗粒体系的粒径分布信息。
二、仪器系统构成
完整的激光粒度分析仪包含光学系统、样品分散系统、信号检测系统和数据处理系统四大部分。光学系统由激光源、光束整形单元和傅立叶透镜组构成，产生准直性良好的探测光束并控制其与样品的相互作用区域。样品分散系统确保颗粒在测量区域呈均匀悬浮状态，防止团聚沉降。信号检测系统采用多角度光电探测器阵列，同步采集前向、侧向及后向散射光信号。数据处理系统通过专用算法将原始光信号转换为粒径分布数据。
三、粒径反演算法
仪器获取的多角度散射光强度数据需通过数学反演计算得到粒径分布。常用的算法包括夫琅禾费衍射理论模型、米氏散射理论模型和光子相关光谱法。衍射模型适用于较大粒径颗粒的快速分析，米氏模型可处理全粒径范围的精确测量，相关光谱法则专门用于亚微米及纳米颗粒的动态光散射分析。反演过程通过迭代优化使理论散射模式与实测数据达到较佳匹配。
四、样品分散技术
为保证测量准确性，仪器配备机械搅拌、超声分散和循环泵送系统。干法测量采用气流分散技术，通过文丘里效应产生高速气流使颗粒充分解团聚；湿法测量使用循环分散池，配合表面活性剂和机械搅拌实现颗粒的稳定悬浮。分散系统的优化设计可有效避免颗粒二次聚集，确保测量结果代表原始分散状态。
五、仪器校准与验证
仪器需定期使用标准物质进行校准验证。单峰标准样品用于验证仪器测量中心粒径的准确性，多峰标准样品用于评估仪器分辨混合粒径的能力。校准过程包括光学对准检查、背景噪声校正和灵敏度标定等步骤。验证实验需在不同浓度条件下进行，确保仪器在宽动态范围内保持线性响应。
六、测量模式与应用适配
仪器提供静态光散射和动态光散射两种基本模式。静态模式通过角分辨散射测量获取全粒径分布信息，适用于常规粒度分析；动态模式通过测量散射光强度涨落推导颗粒扩散系数，特别适合纳米颗粒和胶体体系分析。部分仪器还集成图像分析模块，可同时获取颗粒形貌信息。
激光粒度分析仪的技术发展呈现多功能集成趋势，仪器已实现干湿法一体测量、高温高压在线监测、反应过程实时追踪等扩展功能。正确理解仪器原理并规范操作，可获得准确可靠的颗粒体系表征数据。
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