在現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)研究中，顆粒材料的粒徑分布是影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵參數(shù)之一。無論是制藥行業(yè)的藥物粉末、涂料行業(yè)的顏料分散、食品工業(yè)的乳品顆粒，還是新能源領(lǐng)域的電池材料，顆粒的大小和分布直接影響著產(chǎn)品的溶解性、穩(wěn)定性、流動性、光學(xué)性能和反應(yīng)活性。為了實(shí)現(xiàn)對顆粒體系的快速、準(zhǔn)確、重復(fù)性高的測量，激光粒度儀（Laser Particle Size Analyzer）已成為顆粒分析領(lǐng)域應(yīng)用的儀器之一，被譽(yù)為“顆粒世界的光學(xué)天平”。

一、什么是激光粒度儀？

激光粒度儀是一種基于光散射原理（Light Scattering）的粒度分析設(shè)備，通過測量顆粒在激光束照射下產(chǎn)生的散射光角度和強(qiáng)度分布，反演計(jì)算出顆粒的粒徑大小及其分布情況。它適用于從幾十納米到幾千微米范圍內(nèi)的固體粉末、懸浮液、乳液等分散體系的粒度測試，具有測量范圍寬、速度快、重復(fù)性好、無需標(biāo)樣等優(yōu)點(diǎn)。

二、工作原理：從光散射到粒度分布

激光粒度儀的核心物理基礎(chǔ)是米氏散射理論（Mie Scattering Theory）和夫瑯禾費(fèi)衍射理論（Fraunhofer Diffraction Theory）。當(dāng)一束激光照射到顆粒上時(shí)，光線會發(fā)生散射，散射光的角度與顆粒大小密切相關(guān)：大顆粒產(chǎn)生的散射光集中在前向小角度區(qū)域，而小顆粒則產(chǎn)生更廣泛角度的散射光。

儀器的基本工作流程如下：

1.樣品分散：將待測顆粒樣品放入液體介質(zhì)（濕法）或空氣中（干法），通過超聲、攪拌或氣流使其充分分散，避免團(tuán)聚。

2.激光照射：一束波長穩(wěn)定的激光（通常為635 nm或780 nm）穿過樣品池，與顆粒發(fā)生相互作用。

3.散射光采集：分布在不同角度的光電探測器陣列接收散射光信號，形成“散射光能分布圖”。

4.反演計(jì)算：儀器內(nèi)置軟件根據(jù)米氏理論或夫瑯禾費(fèi)理論，結(jié)合顆粒的折射率、吸收率和介質(zhì)折射率等參數(shù)，通過數(shù)學(xué)反演算法（如非負(fù)最小二乘法）將光能分布轉(zhuǎn)換為顆粒的體積粒徑分布（如D10、D50、D90）。

5.結(jié)果顯示：最終以圖表和數(shù)據(jù)形式輸出粒度分布曲線、平均粒徑、比表面積等關(guān)鍵參數(shù)。

三、主要類型與技術(shù)特點(diǎn)：

1.濕法激光粒度儀

將樣品分散在液體介質(zhì)（如水、乙醇）中進(jìn)行測試，適用于易團(tuán)聚、輕質(zhì)或納米級顆粒。配備超聲波分散器和循環(huán)泵，確保分散均勻，結(jié)果更穩(wěn)定。

2.干法激光粒度儀

通過壓縮空氣將粉末樣品吹散并送入測量區(qū)，適用于不易溶于液體或?qū)λ置舾械牟牧希ㄈ缢唷⒀趸X、奶粉等）。干法進(jìn)樣器需控制氣壓和分散能量，防止過度破碎。

激光粒度儀還具備以下技術(shù)優(yōu)勢：

-雙光源設(shè)計(jì)：結(jié)合紅光（635 nm）與藍(lán)光或綠光（如405 nm），提升對亞微米和納米顆粒的檢測靈敏度；

-全自動操作：集成自動進(jìn)樣器、清洗系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理軟件，提高通量與一致性；

-多峰分布識別：可準(zhǔn)確分辨多模態(tài)粒度分布，適用于復(fù)雜混合體系；

-符合國際標(biāo)準(zhǔn)：滿足ISO 13320、GB/T 19077等標(biāo)準(zhǔn)要求，數(shù)據(jù)具有可比性。

四、典型應(yīng)用領(lǐng)域

1.制藥行業(yè)

測定藥物微粉的D50值，影響其吸入性、溶解速率和生物利用度；用于一致性評價(jià)和工藝優(yōu)化。

2.材料科學(xué)

分析陶瓷粉體、金屬3D打印粉末、碳化硅、石墨等的粒度分布，控制燒結(jié)性能與成型質(zhì)量。

3.化工與涂料

評估顏料、填料、乳液的粒徑，影響涂層的光澤度、遮蓋力和穩(wěn)定性。

4.食品工業(yè)

檢測奶粉、咖啡粉、調(diào)味品等的顆粒大小，確?？诟信c溶解性。

5.環(huán)境與地質(zhì)

分析土壤、沉積物、粉塵等顆粒組成，用于環(huán)境評估與地質(zhì)研究。

6.新能源

鋰電池正負(fù)極材料（如磷酸鐵鋰、石墨）的粒度直接影響電極壓實(shí)密度與循環(huán)壽命。

五、使用注意事項(xiàng)與發(fā)展趨勢

為確保測量準(zhǔn)確性，需注意：

-樣品充分分散，避免團(tuán)聚；

-正確設(shè)置光學(xué)參數(shù)（如折射率）；

-定期校準(zhǔn)儀器（使用標(biāo)準(zhǔn)微球）；

-選擇合適的測試模式（濕法/干法）。