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粒度分析
編輯粒度分析,粒度測量,或簡單的粒度測量,是確定粉末或液體樣品中顆粒的尺寸范圍和/或平均或平均尺寸的技術程序或實驗室技術的統稱。
顆粒度分析是粒子科學的一部分,一般在粒子技術實驗室進行。
粒度測量通常通過稱為粒度分析儀 (PSA) 的設備實現,這些設備基于不同的技術,例如高清圖像處理、布朗運動分析、顆粒的重力沉降和光散射(瑞利和 Mie 散射)的粒子。
粒度在包括化學、食品、采礦、林業、農業、化妝品、制藥、能源和骨料行業在內的許多行業中具有相當大的重要性。
基于光散射的粒度分析
編輯基于光散射的粒度分析在許多領域都有廣泛的應用,因為它可以相對容易地對樣品進行光學表征,從而改善許多行業的產品質量控制,包括制藥、食品、化妝品和聚合物生產。 近年來,用于顆粒表征的光散射技術取得了許多進步。
對于較低納米至較低微米范圍內的顆粒,動態光散射 (DLS) 現已成為行業標準技術。 它也是迄今為止學術界使用最廣泛的粒子表征光散射技術。 該方法分析懸浮粒子在用激光照射時散射光的波動,以確定布朗運動的速度,然后可用于使用 Stokes-Einstein 關系獲得粒子的流體動力學尺寸。 DLS 是一種快速且非侵入性的技術,它也是精確且高度可重復的。 此外,由于該技術基于作為時間函數的光散射測量,因此該技術被認為是xxx的,并且 DLS 儀器不需要校準。 它的缺點之一是它不能正確解析高度多分散的樣品,而大顆粒的存在會影響尺寸精度。 其他散射技術已經出現,例如納米粒子跟蹤分析 (NTA),它使用圖像記錄通過散射來跟蹤單個粒子的運動。 NTA 還通過擴散系數測量顆粒的流體動力學尺寸,但能夠克服 DLS 帶來的一些限制。 下一代 NTA 技術稱為干涉納米粒子跟蹤分析 (iNTA),它基于干涉散射顯微鏡 (iSCAT)。 與 NTA 相比,iNTA 具有出色的尺寸分辨率,并且可以獲取顆粒的有效折射率。
雖然上述技術最適合測量通常在亞微米區域的顆粒,但基于靜態光散射或激光衍射 (LD) 的粒度分析儀 (PSA) 已成為最流行和廣泛使用的儀器,用于測量來自數百種顆粒的顆粒 納米到幾毫米。 類似的散射理論也用于基于非電磁波傳播的系統,例如超聲波分析儀。 在 LD PSA 中,激光束用于照射稀釋的顆粒懸浮液。 粒子在前向散射的光通過透鏡聚焦到大量同心光電探測器環上。 粒子越小,激光束的散射角越大。 因此,通過測量與角度相關的散射強度,可以使用 Fraunhofer 或 Mie 散射模型推斷粒度分布。 在后一種情況下,需要事先了解被測顆粒的折射率以及分散劑。
商用 LD PSA 因其寬動態范圍、快速測量、高再現性和執行在線測量的能力而受到歡迎。 然而,這些設備通常尺寸大(~700 × 300 × 450 mm)、重(~30 kg)且昂貴(在 50-200 K€ 范圍內)。 一方面,普通設備的大尺寸是由于樣品和檢測器之間需要很遠的距離才能提供所需的角分辨率。 此外,它們的高價格主要是由于使用了昂貴的激光源和大量的檢測器,即一個傳感器用于每個要監測的散射角。 一些商業設備包含多達二十個傳感器。 商業 LD PSA 的這種復雜性,加上它們通常需要維護和訓練有素的人員,使得它們在大多數在線工業應用中不切實際,這些應用需要在處理環境中安裝探針,通常是在多個位置。
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