激光粒度法及其应用

1 前言
 
       颗粒是具有一定尺寸和形状的微小物体，是组成粉体的基本单元，它宏观很小，微观却包含大量的分子、原子。颗粒的大小称为颗粒的粒度，用一定方法反映出一系列不同粒径颗粒分别占粉体总量的百分比叫粒度分布，粒度分布的表示法有很多种，本文主要用区间分布和累积分布两种曲线图表示。粉体粒度分布测试在工业生产中的应用非常广泛，如非金属矿粉、高炉喷吹粉料、涂料、水泥、冶金粉末、药品、煤粉等等，粉体的粒度分布在实际生产中影响很大，特别是医药行业的针剂对药品的粒度大小有极严格要求，因此粉体粒度测试也越来越多地受到各行业的关注。有关粒度分布的测试方法和测试技术有很多种，而激光粒度分析方法在实际的应用中因测量时间短，测量数据结果稳定，特别是对于粒度小于 150μm 的粉体测量在实际应用中得到了人们的认同。然而，在湿法测试粉体粒度中，同一种粉体在不同的分散剂和分散媒中因为不同的分散效果在实际的测量中粒度分布并不相同。激光粒度仪测量过程中，样品的分散方法对测试结果有很大的影响，因此粉体的分散方法研究也越来越受到业内人士的关注。
 
2 实验原理
 
       LMS-30 激光粒度分布测定仪主要由分散系统、循环系统、主机、微机几部分组成。它是采用手动流动样盒测定，将已经用超声波分散器分散好的待测样品放入低功率的湿式离心泵循环系统中，当颗粒通过样品室时从半导体元件发出的激光光源照射到通过透视槽的的粒子群上，呈现为散射，衍射光被传感器感应，再由半圆形、前方高角度、后方硅光电二极管等组成的检出器进行信号收集和 CPU 集中处理，作为粒度分布数据显示。
 
3 应用
 
（1）水质浊度监测中的应用
 
       石油化工生产中，循环水及外排污水的浊度是一项重要的控制指标，对环境保护有积极的意义。可用马尔文激光粒度仪湿法进行水质浊度监测。水样以一定流速通过激光束，衍射光由检测器收集并将信号转换为粒度分布。该方法利用激光衍射粒度分布仪进行测定，在获得浊度值的同时获得样品中颗粒物粒径分布的情况。该方法不需做前处理，分析迅速准确，非常适合在水质监测过程中应用。
 
分析
 
       激光衍射粒度分布仪经纯水冲洗对光、自检合格后，将采回的的水样经一定流速进入仪器测定池，经激光束照射获得遮光度，衍射光由检测器收集并将信号转换为粒度分布。遮光度与浊度之间存在线性关系，而粒度分布提供了水中颗粒的粒径分布情况。粒度分布分析图如图 1 所示。

 


 图1 激光衍射法测定粒度分布图

 
       通过实验，用激光粒度分布仪测定水中浊度，可在测定浊度的同时获得水样中颗粒物的粒度分布情况。该测定方法操作简单、分析速度快、重复性好、适用范围广，是水中浊度测定的一个新的方法，非常适合在水质监测过程中应用。
 
（2）测定超细氧化铝粉体粒度
 
      激光粒度仪是一种快速、准确、非接触的粒子尺寸测量仪器 。其原理是激光照射到测量区 , 测量区中待测粒子 (粒子群)产生光的散射 , 通过测定散射光能分布,计算出被测样品的粒度,其中散射光的强度和空间分布与被测粒子的大小和浓度有关。因此 ,确保粉体能均匀分散在分散介质中,并使粒子不团聚, 不与分散介质发生化学反应,是准确测定样品粒度的重要前提。超细氧化铝粉体, 由于其具有高的比表面积和反应活性 , 成为多种领域的重要材料 ,相应的其粒径大小也成为人们关注的重点 。但是超细氧化铝在水中很容易发生团聚, 使得样品分散过程变得较为复杂 ,增加测试的难度。应用马尔文激光粒度仪 MS2000,从遮光度 、分散剂、超声强度、泵转速等多方面对超细氧化铝进行粒度分析 ,找出最佳测试条件, 结果表明实验确定的方法重复性好, 准确度高。

 
图2 超声对粒度的影响