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激光粒度分析儀測量下限解讀

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激光粒度儀測量粒度的原理是米氏散射理論。米氏散射理論用數學語言精確地描述了折射率為n、吸收率為m的特定物質的粒徑為d的球形顆粒,在波長為A單色光照射下,散射光強度隨散射角變化呈空間分布函數,此函數也稱為散射譜。根據米氏散射理論可以得出顆粒越大,前向散射越強而后向散射越弱;隨著顆粒粒徑的減小前向散射迅速減弱而后向散射逐漸增強。

圖2是以波長為尺度的大、中、小顆粒的散射譜示意圖。激光粒度儀正是通過設置在不同散射角度的光電探測器陣列,測試顆粒的散射光強分布(在極坐標下),由此確定顆粒粒徑的大小。這種散射譜對于特定顆粒在空間具有穩定分布的特征,因此稱此種原理的儀器為靜態激光粒度儀。當顆粒粒徑小到一定程度(波長的1/10左右)時,光強分布變成了兩個相互有重疊的圓。當顆粒非常小時,則前向圓和后向圓完全對稱(此時稱為瑞利散射)。所以當粒徑為dm的顆粒,其散射光強分布與非常小顆粒的散射光強分布相似,以至不能被光電探測器陣列及后續的信號處理電路所分辨,則認為dm就是激光粒度儀的測量下限。

此極限還與激光波長有關,研究表明,紅光635nm波長的激光粒度儀的測量極限為30mm,而藍光405nm波長的激光粒度分析儀儀的測量極限為10mm。理論上,靜態激光粒度儀欲分辨納米級的顆粒至少需要兩個條件:(1)具有測量后向散射的光電探測器陣列;(2)需要用波長更短的激光器。在可見光的范內,10-30nm是靜態激光粒度儀的測量下限。