激光粒度分析仪的理解与粒度分析原理

粒度分析的基本原理

什么是颗粒？

这是一个非常愚蠢的问题。但在各种粒度分析技术中，这是基础。分散过程和材料的形状使粒度分析变得比一开始更复杂。

粒度问题

假设有人给你一个火柴盒，然后问你它的尺寸是多少。

可能会说这个火柴盒的大小是20*10*5mm。

你不能确切地回答“火柴盒的尺寸是20mm”，这只是一种观点。因此，不能用一个特定的维度来描述三维火柴盒。

显然，这种情况在像沙粒或油漆罐内的色素颗粒等复杂形状上会更困难。

如果我是Q.A.(质量管理)经理，我会想用一个数字来描述颗粒——例如知道最后生产的产品的平均尺寸是否增加或减少。这是粒度分析的基本问题——如何用一个数字表示三维物体？

图1显示了一些沙粒。它们的尺寸是多少？

等效球体 

有一个可以用唯一的数字表示的球体。当我们说一个50μm大小的球体时，这是可以精确表示的。而在说一个50μm大小的立方体的边和对角线时是不能的。

具有许多特征的火柴盒可以用一个数字表示。比如与体积和表面积相关的重量是一个特定的数值。那么，如果有技术能测量火柴盒的重量，我们可以将其转换为球体的重量。

记住这会涉及到拥有与火柴盒重量相同的球体的直径的一个特定数值（2r）。这就是等效球体理论。

我们假设测量某个粒子的特征，并假设为一个球体以得到表示该粒子的一个特定值（球体直径）。

即使在控制目的上这种方式可能不太准确，但它表示即使是三维粒子也可以通过一个数值而不需要三个或更多数字来描述。

通过这样我们可以注意到物体形状依赖造成的不一样的效果并以类似球体的圆柱为例进行插图（图2）。

然而，如果圆柱体的形状或大小发生变化，体积/重量也会不同。按照等效球形模型，至少能知道物体变大还是变小。

100 x 20μm 的圆柱的等效球体直径

假设圆柱的直径为D1=20μm，高度100μm，有一个与圆柱体积相同直径为D2的球体。可以通过以下计算得到直径。

 圆柱的体积 

            球体的体积 

 X 是体积半径值。

100μm高、20μm直径的圆柱的球直径大约为40μm。下表显示了不同比例圆柱的球形直径。最后一行是典型的盘状的大粘土粒子，它的高度为20μm，厚度为0.2μm，通常不需要考虑其尺寸。

关于用于测量粒子体积的仪器，我们可能会得到一个5μm左右的答案。因此，对于这些答案的异议，我们应该使用其他技术。

此外，这些所有圆柱体可以以类似过滤器的大小出现，如25μm，可以“说所有物质小于25μm”。这些圆柱体在激光衍射中可能会显示出不同的结果，因为它们有不同的值。

几种测量技术

显然，如果通过显微镜看到粒子，则看到的是二维投影，并且有可以特征化和测量的粒子直径。如果我们接受粒子的最大长度并将其用作我们的尺寸，我们可以说粒子是最长尺寸的球形粒子。

同样，如果我们使用最小直径或Feter’s diameter之类的量，这将为我们就粒子的大小提供另一个答案。因此，我们必须知道每种技术可以测量粒子的不同物性（最大长度、最小长度、体积、表面积等）并确保进行选择性测量时显示与其他测量技术不同的结果。

图3显示了一些可能用于形象化单个沙粒的解决方案。没有技术是错误的——都是正确的，他们测量粒子的不同属性。它类似于用厘米或英寸光谱测量火柴盒（你测量长度而我测量宽度！）。

因此，我们只能用相同技术进行比较测量。这意味着标准不存在，并且标准必须进行比较才能是球状。然而，我们通过各个技术为标准粒度大小获得的粒度大小可以用于设备的比较。

D[4,3]

假设有三个球体1,2,3单位尺寸。它们的平均尺寸是什么？我们可能会认为是2。我们是怎么得到这个答案的？通过对所有数值求和后除以粒子总数得到结果。  

通过将所有值相加，并除以粒子总数得到。    

这是数平均值（更精确来说是长度平均值）。入座用方程表示：

数学上被称作D[1,0]。理由是在上面的方程中，直径项(d1)最多，下面的方程中没有直径项(d0)。然而，假设我是催化相关专业的我希望基于表面积比较球体，因为较高表面积将会导致较高的催化反应性。 

球体表面积是，因此表面积比较需计算直径平方和除以粒子总数并归和取平方根获得平均直径值。

这还是数平均值