一、激光粒度仪概述
激光粒度仪是一种利用颗粒对光的散射现象来测量颗粒大小的仪器。它基于Mie散射理论(对于较宽粒径范围的颗粒测量)或夫琅禾费衍射理论(对于较大颗粒测量),通过对颗粒散射光的角度、强度等信息的分析,快速、准确地测定颗粒的粒度分布。该仪器具有测量速度快、重复性好、测量范围宽等优点,广泛应用于材料科学、制药、食品、化工、环保等众多领域,可用于测量各种固体颗粒、乳液、悬浮液等体系中颗粒的粒度大小及分布情况。
二、纳米激光粒度仪的原理
纳米激光粒度仪主要用于测量纳米级颗粒的粒度分布,其核心原理基于动态光散射(DLS)和静态光散射(SLS)理论,以下为你展开介绍:
动态光散射原理(测量纳米颗粒)
当一束激光照射到含有纳米颗粒的液体样品时,纳米颗粒会做布朗运动,同时散射激光。由于颗粒在不断运动,散射光的相位会随时间快速变化,产生动态光散射现象。
通过检测器检测散射光的强度随时间的变化,然后使用相关器对这些随时间变化的散射光信号进行自相关运算,得到散射光强度的自相关函数。
根据斯托克斯 - 爱因斯坦方程,结合自相关函数,就可以计算出颗粒的平移扩散系数,进而推算出颗粒的流体力学直径,也就是纳米颗粒的粒度大小。通过对大量颗粒的统计分析,就能得到颗粒的粒度分布。
静态光散射原理(辅助测量及大颗粒情况)
静态光散射是指在静态条件下(颗粒相对静止或运动缓慢可忽略),测量不同角度上颗粒对激光的散射光强度。根据米氏散射理论(适用于颗粒尺寸与入射光波长相近的情况)或夫琅禾费衍射理论(适用于较大颗粒,一般大于几百纳米),散射光的强度分布与颗粒的大小、形状、折射率以及入射光的波长等因素有关。
通过测量多个角度上的散射光强度,并利用相应的理论模型进行拟合计算,就可以得到颗粒的粒度分布信息。在纳米激光粒度仪中,静态光散射原理有时会作为辅助手段,与动态光散射原理结合,以提高测量结果的准确性和可靠性,特别是对于一些粒径分布较宽、包含少量较大颗粒的样品。

三、纳米激光粒度仪的实践应用
样品制备
分散介质选择:根据样品的性质选择合适的分散介质,如水、乙醇等。对于亲水性样品,通常选择水作为分散介质;对于疏水性样品,可能需要选择有机溶剂或添加表面活性剂来改善颗粒的分散性。
分散方法:为了使颗粒在分散介质中均匀分散,避免颗粒团聚,需要采用适当的分散方法。常见的分散方法包括超声分散、机械搅拌等。超声分散是利用超声波的空化作用,使颗粒从团聚体中分离出来;机械搅拌则是通过搅拌桨的旋转产生强烈的流动,促进颗粒的分散。在操作过程中,需要控制分散时间和强度,以达到最佳的分散效果。
测量过程
仪器调试:在测量前,需要对纳米激光粒度仪进行调试,包括调整激光光源的强度、检测器的位置和角度等,确保仪器处于最佳工作状态。
样品测量:将制备好的样品注入测量池中,让激光照射样品并检测散射光信号。仪器会自动采集和处理散射光数据,经过一定的计算和分析后,给出颗粒的粒度分布结果。测量过程中,需要注意保持测量环境的稳定,避免外界因素(如振动、温度变化等)对测量结果的影响。

结果分析与应用
粒度分布解读:纳米激光粒度仪给出的测量结果通常包括颗粒的平均粒径、粒度分布曲线、多分散指数等信息。通过对这些结果的分析,可以了解颗粒的粒度大小和分布特征。例如,平均粒径可以反映颗粒的总体大小,多分散指数则可以表示颗粒粒度分布的均匀程度。
实际应用:在纳米材料研究中,纳米激光粒度仪可用于研究纳米颗粒的合成过程、粒径控制以及性能评估;在制药领域,可用于药物纳米制剂的研发和质量控制,确保药物颗粒的粒度符合要求,提高药物的疗效和安全性;在环境科学中,可用于检测水中纳米级污染物的粒径和分布,为环境监测和治理提供依据。