不同激光粒度儀測(cè)量結(jié)果差異的深層原因探討

　　不同激光粒度儀測(cè)量結(jié)果差異的深層原因探討：

　　激光粒度分析儀已有大約50年的歷史，現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上占主導(dǎo)地位的粒度分析設(shè)備。但是，還有一個(gè)問(wèn)題困擾著用戶：當(dāng)使用不同品牌的激光粒度儀，甚至使用同一個(gè)品牌不同型號(hào)的激光粒度儀測(cè)量同一個(gè)顆粒樣品時(shí)，結(jié)果差別很大，有時(shí)大到無(wú)法比較。設(shè)計(jì)和制造之間的不一致、樣品處理的差異和操作誤差將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的差異。但是不同激光粒度儀的測(cè)量結(jié)果差別太大，無(wú)法比較，不能用上述原因來(lái)解釋。作者認(rèn)為，這些差異至少有以下深層原因：

　?。?）用液體作待測(cè)顆粒的分散介質(zhì)時(shí)，當(dāng)前市面上流行的各種激光粒度儀都用平板玻璃作測(cè)量窗口，存在全反射的限制，從而造成散射角90°周圍存在測(cè)量盲區(qū)（照明光正入射時(shí)，理論盲區(qū)范圍為49°，實(shí)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(cè)量的可靠性將急劇下降。有的任由盲區(qū)的存在不去（從物理上）解決，有的解決了一部分，有的解決了一部分但造成新的問(wèn)題。上述對(duì)全反射盲區(qū)的無(wú)視或者解決方案不一樣，必然造成測(cè)量結(jié)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(ài)里斑的反常變化（ACAD）現(xiàn)象 [2]。它破壞了散射光能分布與粒度分布之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系[3]。用通常的反演算法，會(huì)造成粒度分布結(jié)果的不穩(wěn)定或者嚴(yán)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(guò)改進(jìn)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(shí)給顆粒加一個(gè)吸收系數(shù)（通常取0.1），這樣表面上會(huì)使粒度反演結(jié)果穩(wěn)定。但是憑空認(rèn)為透明顆粒有吸收，會(huì)導(dǎo)致反演獲得的粒度分布曲線在1μm附近鼓起一個(gè)假峰（英文稱為Ghost peak）。有的制造商強(qiáng)行把這個(gè)假峰減掉，但會(huì)導(dǎo)致這個(gè)粒徑附近真有少量顆粒時(shí)，也測(cè)量不到。有的制造商只是加吸收，不作其他處理，保留了這個(gè)假峰。所以當(dāng)被測(cè)顆粒樣品的粒徑處在反常區(qū)時(shí)，有的結(jié)果不穩(wěn)定，有的有假峰，有的假峰沒(méi)了但真有顆粒也測(cè)不出來(lái)了，有的能測(cè)到真實(shí)的粒度分布。凡此種種原因，導(dǎo)致相互之間要對(duì)比結(jié)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。

　　（3）反演算法的問(wèn)題。理論上不論采用哪一種反演算法，只要能獲得足夠準(zhǔn)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(jié)果（因?yàn)榉囱菟惴ū厝唤?jīng)過(guò)制造商的反復(fù)驗(yàn)證，否則不會(huì)被采用），因而各種的結(jié)果應(yīng)該是一致的。但事實(shí)上如前文所述，目前沒(méi)有一種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(jié)果，就不得不通過(guò)軟件對(duì)原始的反演結(jié)果進(jìn)行多種修飾性的處理（比如延伸、內(nèi)插、平滑等等）；另外ACAD現(xiàn)象也迫使制造商對(duì)反演計(jì)算過(guò)程進(jìn)行特殊處理；由上述兩個(gè)問(wèn)題又延伸出一種包含多種數(shù)據(jù)反演模式的問(wèn)題。對(duì)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(jié)果；同一種品牌的產(chǎn)品，型號(hào)變了，結(jié)構(gòu)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(dǎo)致同一種（選不同的模式時(shí)）會(huì)給出不同的結(jié)果；同一種品牌不同的型號(hào)也有不同的結(jié)果；不同品牌之間的結(jié)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(wèn)題；散射光能分布的主峰也在2°范圍內(nèi)，各種都能接收；因此不同的結(jié)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）上解決不同的測(cè)量結(jié)果對(duì)比問(wèn)題，至少應(yīng)在技術(shù)上解決前述的三大問(wèn)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（放棄一種含多種反演模式）。這需要quan球從事靜態(tài)光散射法粒度測(cè)量技術(shù)研究的學(xué)者和制造商共同努力。