粒度测试的常见问题及粒度仪的研制难点有哪些？

    激光粒度仪是指以激光作为探测光源的粒度分析仪器。我国激光粒度仪的研制自20世纪80年代开始，天津大学、济南大学、上海理工大学、丹东代表所等单位先后做了大量的工作，并在近十年有了明显的突破。

    激光粒度仪运用的是激光散射法，这种方法具有测量范围宽(通常为0.1～3500μm)、粒度分析快、再现性较好、可实现在线测量等特点，对科学研究和生产过程中的粒度控制起着重要的作用。此外，激光粒度仪可以得出多种粒度数据，如体积、平均粒径、比表面积、区间粒度分布和累计粒度分布等。

    一、激光粒度仪的四个原理

    1、基于静态光散射原理，即根据不同大小的颗粒对光的散射有不同的角分布的原理测量颗粒大小的仪器；

    2、基于动态光散射（光子相关光谱）原理，即根据微小颗粒（通常小于1μm）在液体中的布朗运动，引起散射光的频率移动（或相位变化），散射光相互干涉，使得某观察点上散射光强随时间变化的原理，测量颗粒大小的仪器；

    3、光阻法颗粒计数器；

    4、光脉动法粒度仪。

    二、颗粒测试过程中常见问题

    1、颗粒过小

    颗粒越细，散射光的角度越小。当颗粒几何尺寸达到亚微米级别时，大于90度散射角散射光将明显增强。微小颗粒的散射光甚至在360度范围内都有分布，如图1所示。

    2、颗粒过大

    大颗粒的散射角度很小，不容易分辨和测量，如图2所示。当颗粒几何尺寸大于500微米以上时，散射光散射角度极小，粒径及时微米的差别产生的散射光散射角度差很小，现有技术不容易准确测量。

    要想有效分辨大颗粒的光强分布，可以简单的拉长聚焦镜头的焦距（例如500甚至1000毫米以上），但是焦距大将导致激光粒度仪的体积大幅增加，且非常不便于小颗粒的大角度散射光探测。同时对镜头的加工精度要求也会更高。这个技术难点使得常规设计的激光粒度仪的真实测量上限很难超过1000微米。

    3、存在散射光探测盲区

    无论是何种设计的激光粒度仪，都存在一个测量窗口，样品在窗口中充分分散，被激光照射，产生散射光。如图3所示，传统测量窗口由于机械结构和光学玻璃存在全反射，总是存在一个散射光探测盲区。这个盲区大致分布在75-105度、255-285度区域内。

    4、散射光光强差过小

    颗粒越小，分布在360度空间范围的散射光光强差越小，当颗粒小到一定极限，光强差将小得几乎难以被分辨出来。这时就到了激光粒度仪的测量下限了。从图4可以看出，当颗粒小到一定程度，光强矢量图无限接近圆形（颗粒无限接近圆心），这时的光强差是难以分辨的。光学设计上的障碍和散射光本身的特性决定了常规激光粒度仪的测量下限一般在0.2微米左右。

    三、关于三种国产新型粒度仪的研制难点

    四、国产激光粒度仪的展望

    作为亚微米以上颗粒测量的实验室（相对于在线）主流仪器，激光粒度仪的国产品牌在国内已经占领了主要市场份额，但就技术水平来说，国产装备在亚微米范围和宽分布样品测量上，和世界先进水平相比还有一定差距。

    虽然我国粒度测试技术取得了很大进步，但原创性的工作，尤其是从整机或整个方法由国人推出发明的情况来看，我们应在研究就上更加努力。