动态激光粒度仪是一种基于光散射原理的颗粒测量设备,能够快速、准确地分析颗粒体系的粒径分布及动态变化。其核心在于利用激光与颗粒相互作用产生的散射光信号,结合光学理论和数学模型,实现对颗粒尺寸的非接触式测量。 通过多角度探测散射光信号,结合反演算法重构颗粒的粒径分布。例如,湿法仪器通过循环分散系统使颗粒均匀分布于液体中,而干法仪器则利用气流分散颗粒,避免介质干扰。此外,动态光散射(DLS)技术通过监测散射光强随时间的涨落,可进一步分析颗粒的布朗运动,从而计算纳米级颗粒的粒径及电位(如Zeta电位)。
动态激光粒度仪的测量基础是光在传播过程中与颗粒的相互作用。当激光照射到颗粒时,会发生衍射和散射现象,散射光的角度、强度及相位分布与颗粒的尺寸、形状和折射率密切相关。根据颗粒尺寸与入射光波长的关系,散射现象可分为三类:
1.瑞利散射(Rayleigh Scattering):当颗粒直径远小于光波波长(α=πD/λ≤1)时,散射光强度对称分布,符合瑞利公式近似,适用于纳米级颗粒的测量。
2.米氏散射(Mie Scattering):当颗粒尺寸与光波波长接近(α≈1)时,散射光分布复杂,需用米氏理论准确计算,适用于微米级颗粒的表征。
3.衍射散射(Fraunhofer Diffraction):当颗粒直径远大于光波波长(α≥1)时,散射主要表现为衍射,光强分布由衍射理论主导,适合较大颗粒的分析。
动态激光粒度仪相较于传统粒度测量方法(如筛分法、沉降法)具有明显优势:
1.非接触式测量:激光作为无损探针,避免对样品的物理破坏,尤其适用于软质或敏感颗粒(如生物样本)。
2.宽量程覆盖:可检测从纳米级(如蛋白质分子)到毫米级(如矿石粉末)的颗粒,量程跨度达几个数量级。
3.高分辨率与灵敏度:多角度探测器结合米氏理论算法,能区分微小粒径差异;动态光散射技术可捕捉亚微米颗粒的布朗运动,分辨率达纳米级。
4.实时动态分析:通过监测散射光强的瞬时变化,可研究颗粒的聚集、分散行为,或胶体体系的稳定性。
5.环境适应性强:干法仪器无需分散介质,适用于怕水或化学活性高的样品(如金属粉末);湿法仪器则通过折射率匹配液体消除背景噪声,提升测量精度。