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          激光粒度分析儀原理及其運用

          發布時間:2015-01-07      點擊次數:2000

          粒度分析在材料工程、食品工程、制藥工程、石油化工、國防工業等領域具有重要作用。由于傳統的粒度測量方法操作繁瑣,耗時較長,已經越來越不能適應現代工業和科研快速反應的需求。

          現代新興科技的發展使激光和微電子技術應用到粒度測量領域,完全克服了傳統方法所帶來的弊端,在大大減輕勞動強度的同時,加快了樣品的檢測速度,提高了檢測結果的質量。

          近年來,有關粒度分布的測試技術和測試方法有很多,而激光粒度分析方法,因測量速度快、精度高及準確度好等特點被人們普遍認同。

          激光粒度分析儀原理

          光在傳播中,波前受到與波長尺度相當的隙孔或顆粒的限制,以受限波前處各元波為源的發射在空間干涉而產生衍射和散射,衍射和散射的光能的空間(角度)分布與光波波長和隙孔或顆粒的尺度有關。

          用激光做光源,光為波長一定的單色光后,衍射和散射的光能的空間(角度)分布就只與粒徑有關。對顆粒群的衍射,各顆粒級的多少決定著對應各特定角處獲得的光能量的大小,各特定角光能量在總光能量中的比例,應反映著各顆粒級的分布豐度。按照這一思路可建立表征粒度級豐度與各特定角處獲取的光能量的數學物理模型,進而研制儀器,測量光能,由特定角度測得的光能與總光能的比較推出顆粒群相應粒徑級的豐度比例量。

          采用濕法分散技術,機械攪拌使樣品均勻散開,超聲高頻震蕩使團聚的顆粒充分分散,電磁循環泵使大小顆粒在整個循環系統中均勻分布,從而在根本上保證了寬分布樣品測試的準確重復

          激光粒度分析儀的特點

          測量粒徑范圍廣。激光粒度分析儀可進行從納米到微米量級如此寬范圍的粒度分布。約為:20nm-2000um,某些情況下上限可達3500um;由于儀器使用過程中無須更換鏡頭及調整光學系統,提高了系統的穩定性,簡化了操作過程。

          適用范圍廣。激光粒度分析儀不僅能測量固體顆粒,還能測量液體中的粒子。

          重現性好。激光粒度分析法與傳統方法相比,測試過程不受溫度變化、介質黏度,試樣密度及表面狀態等諸多因素的影響,只要將待測樣品均勻地展現于激光束中,激光粒度分析儀能給出準確可靠的測量結果。

          測量速度快。整個測量過程在2分鐘左右即可完成,某些儀器已實現了實時檢測和實時顯示,可以讓用戶在整個測量過程中觀察并監視樣品。

          操作簡單。激光粒度分析儀能夠自動完成數據采集、分析處理、結果保存、打印等功能,操作簡單,自動化程度高。

          激光粒度分析儀的應用

          激光粒度分析儀在泥沙分析中的應用

          研究者共采集了長江干流(上、中、下游)和一級支流漢江的23個具有較廣泛代表性水文測站的309組懸移質泥沙樣品和35組床沙樣品,分別進行常規粒、吸結合法顆粒分析和激光法顆粒分析,并進行樣品顆粒級配測試。收集對比分析資料得出結果為,激光粒度儀分析穩定(重復)性較好,度較高;激光粒度儀在粒徑大于0.031mm以上與傳統法相比系統偏差較小,而以下則系統偏差較大,同組粒徑累積百分數zui大相差達60%,一般表現為粒徑越小、相差越大。另外,不同河段、不同沙樣條件下,激光粒度儀與傳統粒吸法分析泥沙顆粒級配兩者之間相關關系復雜、隨機性大;即使是在同一河段、同一單站,也不是理論上一一對應函數關系,而是存在對應的差異性。

          激光粒度分析儀在涂料分析中的應用

          對涂料中的鋅粉采用了干分散法和濕分散法測量,發現兩者都能客觀地反映樣品的粒度分布。不論選用濕分散法還是干分散法,為保證測試結果的準確性,應做到以下幾個方面:*,選用干分散法測試要選用合適的分散壓力,只有選擇的壓力大小能完全分散開加入的樣品顆粒,才能測出準確的樣品顆粒度分布,否則測試的結果僅為該樣品團聚顆粒的粒度分布,也不能滿足樣品測試重復性的要求;第二,濕分散法測試分散介質和分散劑的選擇至關重要,只有根據樣品的特點選擇好合適的分散介質和分散劑才能獲得準確的樣品粒度分布;第三,測試的鏡頭不能被污染,鏡頭要保持清潔,這樣才能保證測試結果的準確;第四,遮光指數控制在合適的范圍內,干分散法測試控制在7%-10%,濕分散法測試控制在20%-30%為*測試范圍。

          激光粒度分析儀在海洋分析中的應用

          利用激光粒度分析儀對大洋鉆探ODP204航次氣體水合物穩定帶的598個沉積物樣品進行了粒度分析,探索氣體水合物賦存和沉積物粒度之間的相關關系。發現水合物海嶺氣水合物穩定帶內沉積物的粒度組成特征為:粉砂含量主要在60%-75%之間,是氣水合物穩定帶內沉積組分的主體組分;粘土含量一般小于35%,砂含量一般小于5%,個別層位達到15%。體積平均粒徑、中值粒徑差值基本小于15um,個別層位差值可達30um左右。進一步運用統計學的相關性研究,定量地揭示各個站位沉積物粒徑變粗與氣體水合物之間存在的不同相關性。結果表明,有利于氣水合物賦存的粒級區間基本在45-130um之間,主要在大于64um砂級范圍內,同時,一些站位中粒徑相對較粗的粉砂組分(45-60um)也有利于氣水合物的賦存。這個研究為進一步了解沉積物細微的粒度變化與氣水合物的分布相關提供了新的沉積學與統計學方面的資料和認識。

          激光粒度分析儀在水泥生產中的應用

          利用激光粒度分析儀對水泥顆粒級配分布進行了預測,在水泥配比及熟料燒成條件不變的情況下,而水泥的顆粒分布同水泥的28天強度存在很好的相關性,水泥顆粒級配對水泥性能產生的各種影響,主要是因為不同大小顆粒的水化速度不同,試驗測定的結果為:0-10um顆粒,一天水化達75%,28天接近完全;10-30um顆粒,7天水化接近一半;30-60um顆粒,28天水化接近一半;>60um顆粒,3個月后水化還不到一半。因此可通過水泥的顆粒分布預測其28天強度,預測結果基本上能滿足我們的控制要求,實現了超前控制。

           

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