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不同激光粒度儀測量結果差異的深層原因探討

更新時間:2021-07-12 點擊次數(shù):1531
   高精度激光粒度分析儀的問世已有約50年的歷史,如今已成為世界上占主導地位的粒度分析設備。但是,還有一個困擾用戶的問題:當使用不同品牌的激光粒度儀,甚至使用同一品牌、不同型號的激光粒度儀測量同一顆粒樣品時,結果大相徑庭,有時大到無法比較。儀器設計和制造的不一致、樣品處理的差異和操作誤差都會導致測量結果的差異。但不同激光粒度儀的測量結果差異太大,無法比較,無法用上述原因解釋。筆者認為,造成這種差異的深層原因至少有以下幾點:
 ?。?)用液體作待測顆粒的分散介質時,當前市面上流行的各種激光粒度儀都用平板玻璃作測量窗口,存在全反射的限制,從而造成散射角90°周圍存在測量盲區(qū)(照明光正入射時,理論盲區(qū)范圍為49°,實際的盲區(qū)比理論盲區(qū)還要大)。如果顆粒的散射光能分布的峰值正好處在盲區(qū)中,則粒徑測量的可靠性將急劇下降。有的儀器任由盲區(qū)的存在不去(從物理上)解決,有的儀器解決了一部分,有的解決了一部分但造成新的問題。上述對全反射盲區(qū)的無視或者解決方案不一樣,必然造成測量結果的不一樣。影響的粒徑區(qū)域在在0.10.4?m。
 ?。?)透明顆粒的光散射存在愛里斑的反常變化(ACAD)現(xiàn)象 。它破壞了散射光能分布與粒度分布之間的一一對應關系。用通常的反演算法,會造成粒度分布結果的不穩(wěn)定或者嚴重偏離真值(例如單峰分布變成多峰分布)。目前有的制造商通過改進算法,從根本上解決了它的影響;其他制造商則是在數(shù)據(jù)分析時給顆粒加一個吸收系數(shù)(通常取0.1),這樣表面上會使粒度反演結果穩(wěn)定。但是憑空認為透明顆粒有吸收,會導致反演獲得的粒度分布曲線在1μm附近鼓起一個假峰(英文稱為Ghost peak)。有的制造商強行把這個假峰減掉,但會導致這個粒徑附近真有少量顆粒時,也測量不到。有的制造商只是加吸收,不作其他處理,保留了這個假峰。所以當被測顆粒樣品的粒徑處在反常區(qū)時,有的結果不穩(wěn)定,有的有假峰,有的假峰沒了但真有顆粒也測不出來了,有的能測到真實的粒度分布。凡此種種原因,導致相互之間要對比結果就不可能了。ACAD的影響區(qū)域在0.4,顆粒的折射率越小,反常取中心的粒徑位置越大。
 ?。?)反演算法的問題。理論上不論采用哪一種反演算法,只要儀器能獲得足夠準確的散射光能分布數(shù)據(jù),基本上都能得到正確的粒度反演結果(因為反演算法必然經(jīng)過儀器制造商的反復驗證,否則不會被采用),因而各種儀器的結果應該是一致的。但事實上如前文所述,目前沒有一種儀器能得到全角度的散射光能分布數(shù)據(jù),但又想給出完整(即包含0.10.4?m的顆粒)的粒度分布結果,就不得不通過軟件對原始的反演結果進行多種修飾性的處理(比如延伸、內插、平滑等等);另外ACAD現(xiàn)象也迫使儀器制造商對反演計算過程進行特殊處理;由上述兩個問題又延伸出一種儀器包含多種數(shù)據(jù)反演模式的問題。對同樣的原始光能數(shù)據(jù),不同模式給出不同的粒度分析結果;同一種品牌的產(chǎn)品,型號變了,結構也變,數(shù)據(jù)修飾的方法也得改變。以上軟件方面的原因,導致同一種儀器(選不同的模式時)會給出不同的結果;同一種品牌不同的型號也有不同的結果;不同品牌儀器之間的結果就更加難以比較了。
  從以上分析也可看出,13μm以粗的顆粒不存在ACAD的問題;散射光能分布的主峰也在2°范圍內,各種儀器都能接收;因此不同儀器的結果就具有較好的可比性。
  如果想在激光粒度儀的全量程(0.1?m至數(shù)千微米)上解決不同儀器的測量結果對比問題,至少應在技術上解決前述的三大問題,即消除全反射盲區(qū)、用正確的方法消除ACAD的影響、統(tǒng)一數(shù)據(jù)反演算法(放棄一種儀器含多種反演模式)。這需要全球從事靜態(tài)光散射法粒度測量技術研究的學者和制造商共同努力。
 

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