激光粒度儀是全球范圍內(nèi)公認(rèn)的先進(jìn),較快捷的顆粒測試儀器,國內(nèi)國外有不少研制激光粒度儀的廠家,產(chǎn)品種類也比較繁多,如何才能選擇一款適合自己的激光粒度儀呢?有以下的幾個關(guān)鍵考驗(yàn)點(diǎn)
(1)激光器選擇:
激光粒度儀的重要部件之一,主要有HE-NE激光器和半導(dǎo)體激光器兩種,其中HE-NE激光器的各項(xiàng)性能均優(yōu)于半導(dǎo)體激光器,且成本也遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體激光器,半導(dǎo)體激光器單向性差的問題,對測試結(jié)果的穩(wěn)定性影響很大。因此推薦用戶選擇HE-NE激光器。
(2)光電探測器:
國內(nèi)產(chǎn)品采用的光電探測器的種類大同小異,一般就是半環(huán)式、點(diǎn)陣式等,半環(huán)式的優(yōu)勢是能夠以較少的通道數(shù)達(dá)到很高的探測精度。而且在出現(xiàn)斷環(huán)時可以臨時采取并環(huán)操作,對測試結(jié)果影響很小。點(diǎn)陣式屬于比較老的探測器類型,現(xiàn)在用的比較少。
(3)儀器結(jié)構(gòu)問題:
主要分為整體式和分體式,整體式就是將分散系統(tǒng)和測試系統(tǒng)整合為一體,協(xié)同操作,分體式則是分散系統(tǒng)獨(dú)立于測試系統(tǒng),測試者需要先操作分散系統(tǒng),將樣品分散好再將分散好的樣品通過管道導(dǎo)入測試系統(tǒng)進(jìn)行測試。這樣的缺點(diǎn)是協(xié)同操作性不好,比較重的顆粒容易在管道中沉淀,清洗不便且對測試結(jié)果有一定影響,現(xiàn)在整體式結(jié)構(gòu)的儀器是發(fā)展方向,進(jìn)口產(chǎn)品大都采用整體式結(jié)構(gòu),國內(nèi)的產(chǎn)品也慢慢在向整體式結(jié)構(gòu)發(fā)展。
(4)光路設(shè)計(jì)問題:
光路設(shè)計(jì)是激光粒度儀研制的基礎(chǔ),進(jìn)口產(chǎn)品的優(yōu)勢不但在制造工藝上,光路的設(shè)計(jì)水平也是技術(shù)先進(jìn)的標(biāo)志,國內(nèi)的廠家現(xiàn)在大都采用簡單的平行光路設(shè)計(jì),據(jù)了解濟(jì)南微納公司推出的產(chǎn)品中采用了匯聚光傅立葉變換光路。這種光路是一種比較先進(jìn)的光路,能夠獲得更寬的散射角,在提高測試精度方面有一定的優(yōu)勢。
激光粒度儀的工作原理是基于光的散射理論與衍射理論。
當(dāng)光束投射到儀器的分散系統(tǒng)時,可以發(fā)生光的吸收、反射、散射、衍射。
當(dāng)入射光的頻率與分子的固有頻率相同時,發(fā)生光的吸收;
當(dāng)入射光的波長小于分散粒子的尺寸時,則發(fā)生光的反射、衍射等;若入射光的波長大于分散相粒子的尺寸時,發(fā)生光的散射。
一般0.1μm以下的顆粒,衍射現(xiàn)象消失,主要發(fā)生散射現(xiàn)象;
0.1~10μm的顆粒,也是以衍射光為主,顆粒會產(chǎn)生部分的折射和散射光;大于10μm的顆粒,散射和折射都消失,以衍射為主。
根據(jù)夫瑯和夫衍射理論,對于10μm,0.1~10μm的顆粒,衍射角的大小與顆粒的大小有關(guān),衍射光的強(qiáng)度與顆粒的數(shù)量有關(guān),由此可以確定顆粒的尺寸及數(shù)量。
對于0.1μm以下0.1~10μm的顆粒,根據(jù)米氏散射理論,既考慮光的衍射,同時也考慮光的散射和折射,根據(jù)顆粒的綜合折射系數(shù),進(jìn)行計(jì)算,從而求出顆粒的大小及尺寸。
納米激光粒度儀應(yīng)用較為廣泛的粒度檢測設(shè)備。它的測試原理是依據(jù)光的散射現(xiàn)象:光在行進(jìn)過程中遇到顆粒時,將有一部分偏離原來的傳播方向,這種現(xiàn)象稱為光的散射或者衍射。顆粒尺寸越小,散射角越大;顆粒尺寸越大,散射角越小。激光粒度儀就是根據(jù)光的散射現(xiàn)象測量顆粒大小的。
一、進(jìn)樣系統(tǒng)的循環(huán)、分散效能波動
這個環(huán)節(jié)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)漂移比較隱蔽,所以容易被忽視。樣品循環(huán)系統(tǒng)使用的介質(zhì)特性、介質(zhì)流速(干法儀器而言則是氣壓和氣流量)、超聲分散設(shè)備的工況、水泵轉(zhuǎn)速這幾個要點(diǎn)會明顯影響測試數(shù)據(jù),需要細(xì)心關(guān)注。應(yīng)對這些問題的主要辦法或者方法如下:
關(guān)注測試用水的質(zhì)量,特別是那些以自來水為介質(zhì)的用戶。
干法儀器用戶則需定期檢查和維護(hù)保養(yǎng)空壓機(jī),空氣過濾裝置,收塵裝置。保證分散樣品的高壓空氣質(zhì)量。
關(guān)注超聲分散設(shè)備功率輸出是否正常。
觀察進(jìn)樣器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)速波動情況,及時維護(hù)。
二、鏡頭和測試窗口玻璃污染
光學(xué)儀器的鏡頭污染是常見故障。激光粒度儀作為粉體檢測設(shè)備,常常會面對多塵環(huán)境,測試窗口鏡片則是會直接接觸粉體樣品的光學(xué)器件。聚焦透鏡或者準(zhǔn)直透鏡等光學(xué)鏡片受到使用環(huán)境中的浮塵污染或者發(fā)生霉菌污染,會使純凈的測量光束產(chǎn)生雜散光。這些雜散光會混入樣品的散射光中干擾測試;測量窗口鏡片上的污染物則會直接產(chǎn)生較強(qiáng)的散射光。
因此,光學(xué)鏡片污染是激光粒度儀測試結(jié)果漂移的首要元兇。應(yīng)對辦法主要是盡量讓儀器處于干燥無塵的工作環(huán)境。經(jīng)常按照操作規(guī)程清洗鏡片,保證光學(xué)鏡片的清潔。
三、激光光路偏移
激光器是會發(fā)熱的器件,工作周期內(nèi),它們會周而復(fù)始的發(fā)熱-降溫-發(fā)熱。任何物體都會有熱脹冷縮現(xiàn)象,幾何尺寸會隨溫度變化而變化。而激光粒度儀光路裝配精度要求非常高,隨著儀器使用周期延長,光路幾乎不可避免的會出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。光路偏移,會導(dǎo)致測量光束光能衰減、探測器排布角度發(fā)生漂移,從而導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)漂移。
應(yīng)對這個問題主要靠儀器制造商從儀器設(shè)計(jì)上盡量減少出現(xiàn)光路偏移的可能性,同時定期校準(zhǔn)光路也是非常重要的辦法。
四、測量參數(shù)、測量條件變動
分析模型、樣品測量參數(shù)、測試環(huán)境(例如濕度、測試介質(zhì)溫度等)都有可能影響測試數(shù)據(jù)。我們首先要保證測試的分析模型、樣品測量參數(shù)(特別是樣品折射率)選擇正確。測試環(huán)境的影響,視不同樣品和儀器工作環(huán)境不同,影響也差別很大,很難簡單舉例說明。需要具體情況具體分析。
五、光電探測器及其放大電路參數(shù)漂移
這類問題應(yīng)該屬于儀器制造質(zhì)量水平問題,一般來說任何電子電路和光電探測器都有工況漂移問題,差別只是漂移量不同。這類問題通常儀器用戶自己是無法解決的,需要儀器制造商對儀器進(jìn)行專門的電路工況系數(shù)校準(zhǔn)。某些高水平的儀器,能夠自行校準(zhǔn)自身電路工況漂移。