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动态光散射粒度仪的基本原理、结构及性能特点一一介绍
  • 发布日期:2022-04-18     信息来源:      浏览次数:16
    •   动态光散射粒度仪的基本原理:
        它是根据微小颗粒在液体介质中的布朗运动,当激光束照射到颗粒上时,被颗粒散射的光到达观察平面时的位相是随机的,不同颗粒的位相不同并且相互间的位相差随机变化,相干叠加后观察面上的光强也随机变化。散射光经检测器后变成电信号,再对电信号进行自相关运算,获得自相关函数,再反演计算颗粒的粒径。
       
        根据分子运动理论,假设:
        (a)颗粒是被连续分散介质包围的刚性球,其直径远大于分散介质分子的热运动的平均自由程;
       
        (b)颗粒只受到分散介质分子的扩散力和流动阻力的作用,其余作用力可以忽略不计;
       
        (c)颗粒的密度足够大,以致分散介质响应剪切扰动的弛豫时间相对于颗粒相应粘滞力的弛豫时间可以忽略;那么颗粒做布朗运动的位移,其中为颗粒受到分散介质分子撞击作为起始点的观察时刻,为扩散系数,其中为玻尔兹曼常数,为绝对温度,为介质的粘度系数。
       
        先将一束相干光照射到颗粒上,假设:
        (1)颗粒被光束照明,并且其散射光能被观察到的区域(称作“散射区域”)中颗粒数目(记为)足够多,以致颗粒的随机运动引起的颗粒数变化相对于颗粒总数可以忽略不计;
       
        (2)入射光的偏振方向垂直于散射面;
       
        (3)入射光场与颗粒的散射光场相对独立;
       
        (4)颗粒为均匀、各向同性的球体;
        由于散射区内的所有颗粒都在做随机运动,即位相是随机过程,因此也是随机过程。只要在有限的观察时间内颗粒在介质中分散状态稳定,温度恒定,机械振动可以忽略,那么应该是平稳的随机过程。此时我们可以用自相关函数描述其统计特性。
       
        如此可得由可未知数,个方程组成的线性方程组。通过适当的反演算法,可得到颗粒数分布。
       
        仪器结构:
        从激光器发出垂直偏振的相干光束,经透镜1后,会聚到样品池的中心。样品池的四周加有保温套,使得池四周的温度能保持恒定。样品池内盛有液体介质,待测颗粒分散在介质内。入射光被颗粒散射。在与入射光垂直(也可其他方向)的方向离样品池一定距离处放置透镜2。此透镜将散射光会聚到它后方的光电探测器的光敏面上。透镜前置有孔径光阑,用以调节进入光电探测器的光束的大小。光电探测器前置有视场光阑,用以控制散射区的大小。光电探测器将散射光信号转换成电信号,然后送入相关器进行相关运算。获得的相关函数送给计算机,计算机再将相关函数反演成颗粒的粒度分布数据。
        性能特点:
        动态光散射粒度仪适合于测量亚微米至纳米级的颗粒。
       
        对微米以粗颗粒,当它们分散在介质中时,其布朗运动很轻微,且容易在重力作用下下沉,因而不容易得到颗粒大小的信息。对于粒径接近或小于纳米的颗粒,由于散射光的信号极弱,噪声干扰非常严重,也难以测量。
       
        另外由于不同大小颗粒散射光的自相关函数特异性较差,本方法不适宜测量粒度分布较宽的样品,并且难以获得粒度分布宽度的可靠信息。

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