激光粒度仪应用导论之原理篇

       目前，激光粒度分析仪已广泛应用于颗粒表征。测量对象包括三种类型的粒子系统：固体粉末、悬浮液(包括固-液、气-液、液-液和其他两相流体)和液滴。应用领域包括学术研究机构、技术开发部门和生产监控部门。DY台商用仪器诞生至今已有50年，张福根博士从事这一领域的研究和开发已近30年。尽管如此，由于——测试对象的抽象粒子系统、激光粒度仪器的原理和技术的复杂性以及一些有待完善的问题，张博士认为，对激光粒度仪器的科学和技术问题进行流行和专业的介绍可以帮助客户更好地理解、选择和使用它产品。

       首先需要注意的是，这里提到的激光粒度计是指基于静态光散射原理的粒度测试设备。目前，还有一种基于光散射原理的粒度分析仪，它也使用激光作为照明光源，但被称为动态光散射(DLS)粒度分析仪。前者根据不同大小的粒子所产生的散射光的空间分布来计算粒子大小(这被认为是不随时间变化的)，而后者在固定的散射角下测量散射光随时间的变化来分析粒子大小。前者适用于测量约0.1微米至数千微米的颗粒，而后者适用于测量1微米至1纳米(千分之一微米)的颗粒。激光粒度分析仪在英文也被称为基于激光衍射法的粒度分析技术。

      麦克斯韦在20世纪70年代提出电磁波理论后，发现光也是电磁波。光的衍射现象本质上是由电磁场和障碍物之间的相互作用引起的。衍射理论是电磁波理论的近似表达。根据严格的电磁波理论，光会遇到障碍物并与之相互作用，从而改变其原来的行进方向。这种现象通常被称为光散射。电磁波理论可以用来描述任何大小的物体对光的散射，散射光的方向也是任意的。无论是在早期还是现在，当用激光粒度计测量粒子尺寸时，都假定粒子是球形的。如果假设粒子是均匀的和各向同性的，可以用严格的电磁波理论(称为“米氏散射理论”)导出散射光场的严格解析解。

       世界上DY台商用激光粒度分析仪设计于1968年。虽然米氏理论是在那时提出的，但由于当时计算机的计算能力，很难用它来快速计算各种大小粒子的散射光场。因此，当时散射光场是用夫琅和费衍射理论计算的，这就是为什么这个原理被称为激光衍射法。这个术语一直使用到现在。然而，术语“光散射方法”在国际上使用得越来越多。

       激光粒度基于这样一种现象：当单色平行光(激光束)照射微小的球形粒子时，它会产生一个光点。这个点由ZX的一个亮点和围绕亮点的一系列同心亮环组成。这样的光斑被称为“爱里斑”，ZX亮点的大小是从亮点ZX到DY个暗环(Z暗点)的距离计算出来的，该距离也称为爱里斑半径。爱里斑粒子的大小和强度分布随着粒子大小的变化而变化。传统上认为粒子越小，爱里斑越大。因此，我们可以根据爱里斑的强度分布来确定粒子的大小。当然，在实践中，照明光束中通常有数千个粒子。此时，我们测量的散射光场是许多粒子散射光相干叠加的结果。