激光光散射法測量顆粒的粒度分布(編輯修改稿)
2025-07-24 22:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 多元光電探測器由多個同心的半圓環(huán)光電探測器以及中間的一個小孔組成，各個半圓環(huán)光電探測器之間互相絕緣，小孔的后面為另一個光電探測器。每個半圓環(huán)光電探測器能將顆粒群在聚焦平面上的衍射圖樣在該環(huán)范圍內(nèi)的光通量檢測出來，信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后用計算機處理，給出顆粒群的粒度分布。由衍射散射光強公式，可得： ()散射角θ一般很小，所以，因此上式可簡化為： ()式中為衍射圖樣中心的光強。此式表示直徑為D的一個球形顆粒的衍射光強分布，其中直徑D隱含在尺寸參數(shù) a 中。一個顆粒的散射光照射到多元光電探測器的第n個半圓環(huán)形光電探測器（其內(nèi)徑為rn，外徑為rn+1，對應(yīng)于散射角從θn到θn+1）上的光通量是()式所表示的散射光強在該半圓環(huán)形光電探測器面積上的積分，其結(jié)果為： ()其中，為顆粒的迎光截面積；C是與光源的波長和強度以及光路有關(guān)的常數(shù)，其值可以通過實驗標(biāo)定；J0為零階Bessel函數(shù)。若散射區(qū)內(nèi)顆粒群所含直徑為Di的顆粒的總重量為wi，個數(shù)，其中ρ為顆粒的密度，則投射到第n個半圓環(huán)形光電探測器上的光通量為： ()其中。對于每一個半圓環(huán)形光電探測器，都有上述形式的方程，因此對于由n個半圓環(huán)形光電探測器構(gòu)成的多元光電探測器，將得到一個由n個方程組成的方程組。原則上求解這個方程組，就可求得顆粒群的重量頻率分布Wi ~ Di和數(shù)量頻率分布Ni ~ Di，粒度分級的數(shù)目i的個數(shù)等于半圓環(huán)形光電探測器的個數(shù)。求解此方程組的方法是通過計算機，利用優(yōu)選近似法求出各重量分布頻率Wi，使得在所有半圓環(huán)形光電探測器上計算出的光通量En和測量得到的光通量En39。之差的總和達到最小。 利用Mie散射理論測量顆粒粒度的原理雖然用衍射理論處理光散射得到的公式較簡單，用這種理論測量顆粒粒度也較方便。但是根據(jù)衍射散射理論對顆粒尺寸的要求，即要求無量綱顆粒尺寸參數(shù)a = pD/l 1，當(dāng)待測顆粒的直徑D與入射光的波長λ相當(dāng)時，衍射散射理論不再適用。 nm的HeNe激光，因此基于衍射散射理論所能測量的顆粒粒徑的下限約為1 μm。如果要測量粒徑更小的顆粒群的粒度分布，就需要使用嚴(yán)格的Mie散射理論。根據(jù)Mie散射理論，散射光的強度分布不僅與顆粒的粒徑有關(guān)，還與顆粒相對于分散介質(zhì)的折射率有關(guān)，其表達式更加復(fù)雜。雖然如此，用Mie散射理論測量顆粒群的粒度分布的原理與衍射散射理論的相類似，即都是通過計算機數(shù)值計算方法，根據(jù)相應(yīng)的散射光強分布公式，計算出對應(yīng)于所測得的散射光強分布的樣品的粒度分布，只不過前者使用的是Mie散射公式，后者使用的是較簡單的衍射散射公式。在具體測量時，由于小顆粒的散射角很大，所以需要增加一些大角度的光電探測器用來檢測小顆粒的散射光。五、 實驗步驟本實驗分別使用GSL101B和LS603型兩種激光粒度分布儀測量同一種Al2O3樣品的粒度分布，這兩種激光粒度分布儀測量粒度的原理分別是衍射散射理論和Mie散射理論。（一） 用GSL101B激光粒度分布儀測量樣品的步驟1. 試樣的制備(1) 樣品池的清洗樣品池是否干凈，對測量結(jié)果有直接影響，一般情況下可以按照以下步驟清洗樣品池：(a) 將樣品池中原有的樣品倒掉，用清水沖洗30秒；(b) 向樣品池中加入清水和適量清洗劑，用超生波發(fā)生器清洗樣品池；(c) 再用清水反復(fù)沖洗樣品池。(2) 試樣的分散使試樣均勻分散在液體介質(zhì)中的過程稱為試樣的分散。對于不同試樣，應(yīng)選用不同的分散介質(zhì)和分散劑進行分散。對于大多數(shù)試樣，一般可用水作為分散介質(zhì)，用六偏磷酸鈉作為分散劑（
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