什么是激光衍射，如何用于测量粒度分布？

本文概述了激光衍射及其在测量粒度分布方面的应用，以及在各行各业的不同用途。

什么是激光衍射？
激光衍射已成为粒度分布分析的主要光散射技术，适用范围从纳米级到毫米级。这种多用途技术是将一束激光穿过分散成液体悬浮液或干粉的样品，然后分析由此产生的散射图样，衍射角表示粒度。

该技术可对分散体进行实时监测和控制，样品处理量大，每天可进行数百次分析。此外，该技术无需校准，使用标准参考材料即可随时验证其准确性。

激光衍射结合了操作简单、测量快速、坚固耐用和可重复的高分辨率粒度分析等优点，动态范围广，数量级跨度大，因此成为各种应用领域中最重要的颗粒表征技术。

如何使用激光衍射测量粒度分布？
激光衍射通过分析相干偏振激光与分散颗粒相互作用时产生的散射图样来间接确定粒度分布。散射强度随角度、波长和偏振而变化，基于弗劳恩霍夫理论和米氏理论的数学模型用于计算颗粒分布。

这一过程首先由光源产生一束单色光束，然后通过光学元件对光束进行处理，形成一束扩大的准直光束，照射到粒子上，使其发生散射，形成独特的角度散射图案。

然后，这些角度散射图案被转换成空间强度图案，并被多元件光电探测器阵列捕获。然后对测量到的光电流进行处理和数字化，形成强度通量模式，这是确定粒度分布的基础。

这种计算方法依赖于弗劳恩霍夫理论或米氏理论，其中弗劳恩霍夫理论考虑的是不透明的球形颗粒，不需要额外的材料常数。相比之下，米氏理论适用于几乎半透明的球形颗粒，需要颗粒和液体的复杂折射率知识，并且适用于各种尺寸的颗粒。

值得注意的是，尽管颗粒不规则，但测量过程中颗粒的旋转有助于平滑其形状的影响。这样就可以应用球形建模，使用颗粒直径作为参数，提供表观尺寸而非实际尺寸。

通过激光衍射进行粒度分布分析有哪些应用？
激光衍射可以分析各种产品中的颗粒行为和一致性，为制造商提供重要的信息和控制，从而为各行各业提供高质量的产品。

水泥生产
水泥行业正在转向使用激光衍射法进行精确细度测量和实时监控，以解决布莱恩数单一平均值的局限性以及对性能属性缺乏敏感性的问题。这样可以更好地确定产品特性和碾磨规格。

颗粒大小对水泥性能影响深远，尤其是在与水发生水化反应时。极细的颗粒（2 微米以下）水化速度快，可能导致速凝和开裂等问题，而较大的颗粒（50 微米以上）则可能无法完全水化。通过激光衍射技术，可以根据最佳粒径范围为不同等级的水泥制定精细的规格。

此外，将激光衍射分析集成到水泥生产中还具有多种优势，如反应灵敏的在线仪器、全自动近线实验室和实时在线测量，从而提高产品质量、能源效率、产能并减少浪费。

制药行业
制药产品和生产工艺的有效性受粒度的影响，因此需要对活性成分和辅料进行表征。粒度分布分析可改善药物的流动性、生物利用度、含量均匀性、溶解性和吸收行为，从而确保生产出高质量的药品。

食品工业中的粒度和乳液稳定性
粒度分布在食品工业中至关重要，尤其是乳剂，可确保稳定性，了解产品特性和流变行为，改善口感、质地和口感。

较小的乳液液滴通常比较稳定，但过小的液滴可能会产生不良影响，而较大的液滴则会导致风味释放减少和不稳定。

激光衍射技术有助于优化每种产品的液滴大小范围，提供成分的一致性，并防止因大量大液滴的广泛分布而导致的不稳定性，因此非常适合生产和质量控制的需要。

土壤颗粒分析
激光衍射粒度分布分析广泛用于确定土壤中的粒度分布，因为粒度分布会影响土壤的物理和物理化学性质，从而影响植物生长和环境条件。

该技术采用化学或机械方法对土壤进行分散，并将测得的光散射与校准值进行比较，从而得出颗粒直径，以确保结果的准确性和稳定性。该技术处理速度快、可重复性高，并能对各种粒径进行详细分析。

结束语
激光衍射已成为粒度分布分析中不可或缺的工具，对许多行业和科学学科都产生了影响。它对粒度的快速精确评估彻底改变了研究、开发和质量控制流程。

随着技术的进步，激光衍射技术有望增强其功能，在未来实现更精确的粒度分布分析。

参考资料

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本文作者：Owais Ali