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動態(tài)光散射粒度儀的基本原理、結(jié)構(gòu)及性能特點一一介紹
  • 發(fā)布日期:2022-04-18     信息來源:      瀏覽次數(shù):590
    •   動態(tài)光散射粒度儀的基本原理:
        它是根據(jù)微小顆粒在液體介質(zhì)中的布朗運動,當(dāng)激光束照射到顆粒上時,被顆粒散射的光到達觀察平面時的位相是隨機的,不同顆粒的位相不同并且相互間的位相差隨機變化,相干疊加后觀察面上的光強也隨機變化。散射光經(jīng)檢測器后變成電信號,再對電信號進行自相關(guān)運算,獲得自相關(guān)函數(shù),再反演計算顆粒的粒徑。
       
        根據(jù)分子運動理論,假設(shè):
       ?。╝)顆粒是被連續(xù)分散介質(zhì)包圍的剛性球,其直徑遠大于分散介質(zhì)分子的熱運動的平均自由程;
       
       ?。╞)顆粒只受到分散介質(zhì)分子的擴散力和流動阻力的作用,其余作用力可以忽略不計;
       
       ?。╟)顆粒的密度足夠大,以致分散介質(zhì)響應(yīng)剪切擾動的弛豫時間相對于顆粒相應(yīng)粘滯力的弛豫時間可以忽略;那么顆粒做布朗運動的位移,其中為顆粒受到分散介質(zhì)分子撞擊作為起始點的觀察時刻,為擴散系數(shù),其中為玻爾茲曼常數(shù),為絕對溫度,為介質(zhì)的粘度系數(shù)。
       
        先將一束相干光照射到顆粒上,假設(shè):
       ?。?)顆粒被光束照明,并且其散射光能被觀察到的區(qū)域(稱作“散射區(qū)域”)中顆粒數(shù)目(記為)足夠多,以致顆粒的隨機運動引起的顆粒數(shù)變化相對于顆??倲?shù)可以忽略不計;
       
        (2)入射光的偏振方向垂直于散射面;
       
       ?。?)入射光場與顆粒的散射光場相對獨立;
       
       ?。?)顆粒為均勻、各向同性的球體;
        由于散射區(qū)內(nèi)的所有顆粒都在做隨機運動,即位相是隨機過程,因此也是隨機過程。只要在有限的觀察時間內(nèi)顆粒在介質(zhì)中分散狀態(tài)穩(wěn)定,溫度恒定,機械振動可以忽略,那么應(yīng)該是平穩(wěn)的隨機過程。此時我們可以用自相關(guān)函數(shù)描述其統(tǒng)計特性。
       
        如此可得由可未知數(shù),個方程組成的線性方程組。通過適當(dāng)?shù)姆囱菟惴?,可得到顆粒數(shù)分布。
       
        儀器結(jié)構(gòu):
        從激光器發(fā)出垂直偏振的相干光束,經(jīng)透鏡1后,會聚到樣品池的中心。樣品池的四周加有保溫套,使得池四周的溫度能保持恒定。樣品池內(nèi)盛有液體介質(zhì),待測顆粒分散在介質(zhì)內(nèi)。入射光被顆粒散射。在與入射光垂直(也可其他方向)的方向離樣品池一定距離處放置透鏡2。此透鏡將散射光會聚到它后方的光電探測器的光敏面上。透鏡前置有孔徑光闌,用以調(diào)節(jié)進入光電探測器的光束的大小。光電探測器前置有視場光闌,用以控制散射區(qū)的大小。光電探測器將散射光信號轉(zhuǎn)換成電信號,然后送入相關(guān)器進行相關(guān)運算。獲得的相關(guān)函數(shù)送給計算機,計算機再將相關(guān)函數(shù)反演成顆粒的粒度分布數(shù)據(jù)。
        性能特點:
        動態(tài)光散射粒度儀適合于測量亞微米至納米級的顆粒。
       
        對微米以粗顆粒,當(dāng)它們分散在介質(zhì)中時,其布朗運動很輕微,且容易在重力作用下下沉,因而不容易得到顆粒大小的信息。對于粒徑接近或小于納米的顆粒,由于散射光的信號極弱,噪聲干擾非常嚴(yán)重,也難以測量。
       
        另外由于不同大小顆粒散射光的自相關(guān)函數(shù)特異性較差,本方法不適宜測量粒度分布較寬的樣品,并且難以獲得粒度分布寬度的可靠信息。