什么是激光粒度儀？納米激光粒度儀的原理與實(shí)踐

　　一、激光粒度儀概述
 

　　激光粒度儀是一種利用顆粒對光的散射現(xiàn)象來測量顆粒大小的儀器。它基于Mie散射理論(對于較寬粒徑范圍的顆粒測量)或夫瑯禾費(fèi)衍射理論(對于較大顆粒測量)，通過對顆粒散射光的角度、強(qiáng)度等信息的分析，快速、準(zhǔn)確地測定顆粒的粒度分布。該儀器具有測量速度快、重復(fù)性好、測量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、制藥、食品、化工、環(huán)保等眾多領(lǐng)域，可用于測量各種固體顆粒、乳液、懸浮液等體系中顆粒的粒度大小及分布情況。
 

　　二、納米激光粒度儀的原理
 

　　納米激光粒度儀主要用于測量納米級顆粒的粒度分布，其核心原理基于動態(tài)光散射(DLS)和靜態(tài)光散射(SLS)理論，以下為你展開介紹：
 

　　??動態(tài)光散射原理（測量納米顆粒）??
 

　　當(dāng)一束激光照射到含有納米顆粒的液體樣品時(shí)，納米顆粒會做布朗運(yùn)動，同時(shí)散射激光。由于顆粒在不斷運(yùn)動，散射光的相位會隨時(shí)間快速變化，產(chǎn)生動態(tài)光散射現(xiàn)象。
 

　　通過檢測器檢測散射光的強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，然后使用相關(guān)器對這些隨時(shí)間變化的散射光信號進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，得到散射光強(qiáng)度的自相關(guān)函數(shù)。
 

　　根據(jù)斯托克斯 - 愛因斯坦方程，結(jié)合自相關(guān)函數(shù)，就可以計(jì)算出顆粒的平移擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而推算出顆粒的流體力學(xué)直徑，也就是納米顆粒的粒度大小。通過對大量顆粒的統(tǒng)計(jì)分析，就能得到顆粒的粒度分布。
 

　　??靜態(tài)光散射原理（輔助測量及大顆粒情況）??
 

　　靜態(tài)光散射是指在靜態(tài)條件下(顆粒相對靜止或運(yùn)動緩慢可忽略)，測量不同角度上顆粒對激光的散射光強(qiáng)度。根據(jù)米氏散射理論(適用于顆粒尺寸與入射光波長相近的情況)或夫瑯禾費(fèi)衍射理論(適用于較大顆粒，一般大于幾百納米)，散射光的強(qiáng)度分布與顆粒的大小、形狀、折射率以及入射光的波長等因素有關(guān)。
 

　　通過測量多個(gè)角度上的散射光強(qiáng)度，并利用相應(yīng)的理論模型進(jìn)行擬合計(jì)算，就可以得到顆粒的粒度分布信息。在納米激光粒度儀中，靜態(tài)光散射原理有時(shí)會作為輔助手段，與動態(tài)光散射原理結(jié)合，以提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，特別是對于一些粒徑分布較寬、包含少量較大顆粒的樣品。
  

　　三、納米激光粒度儀的實(shí)踐應(yīng)用
 

　　??樣品制備??
 

　　??分散介質(zhì)選擇??：根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇合適的分散介質(zhì)，如水、乙醇等。對于親水性樣品，通常選擇水作為分散介質(zhì)；對于疏水性樣品，可能需要選擇有機(jī)溶劑或添加表面活性劑來改善顆粒的分散性。
 

　　??分散方法??：為了使顆粒在分散介質(zhì)中均勻分散，避免顆粒團(tuán)聚，需要采用適當(dāng)?shù)姆稚⒎椒?。常見的分散方法包括超聲分散、機(jī)械攪拌等。超聲分散是利用超聲波的空化作用，使顆粒從團(tuán)聚體中分離出來；機(jī)械攪拌則是通過攪拌槳的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈的流動，促進(jìn)顆粒的分散。在操作過程中，需要控制分散時(shí)間和強(qiáng)度，以達(dá)到最佳的分散效果。
 

　　??測量過程??
 

　　??儀器調(diào)試??：在測量前，需要對納米激光粒度儀進(jìn)行調(diào)試，包括調(diào)整激光光源的強(qiáng)度、檢測器的位置和角度等，確保儀器處于最佳工作狀態(tài)。
 

　　??樣品測量??：將制備好的樣品注入測量池中，讓激光照射樣品并檢測散射光信號。儀器會自動采集和處理散射光數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的計(jì)算和分析后，給出顆粒的粒度分布結(jié)果。測量過程中，需要注意保持測量環(huán)境的穩(wěn)定，避免外界因素(如振動、溫度變化等)對測量結(jié)果的影響。
 

　　??結(jié)果分析與應(yīng)用??
 

　　??粒度分布解讀??：納米激光粒度儀給出的測量結(jié)果通常包括顆粒的平均粒徑、粒度分布曲線、多分散指數(shù)等信息。通過對這些結(jié)果的分析，可以了解顆粒的粒度大小和分布特征。例如，平均粒徑可以反映顆粒的總體大小，多分散指數(shù)則可以表示顆粒粒度分布的均勻程度。
 

　　??實(shí)際應(yīng)用??：在納米材料研究中，納米激光粒度儀可用于研究納米顆粒的合成過程、粒徑控制以及性能評估；在制藥領(lǐng)域，可用于藥物納米制劑的研發(fā)和質(zhì)量控制，確保藥物顆粒的粒度符合要求，提高藥物的療效和安全性；在環(huán)境科學(xué)中，可用于檢測水中納米級污染物的粒徑和分布，為環(huán)境監(jiān)測和治理提供依據(jù)。