Лазерная Дифракция для характеристики частиц вплоть до нано диапазона

Преимущества лазерной дифракции

1. Широкий диапазон измерений

Современные лазерные дифракционные анализаторы определяют распределение частиц по размерам в очень широком динамическом диапазоне измерений. Обычно покрывается диапазон размеров от 10 нм до 4 мм, что соответствует коэффициенту 400000 между самыми мелкими и самыми крупными измеряемыми частицами. Однако на практике лазерная дифракция обычно применяется в диапазоне размеров около 30 нм - 1000 мкм. Следует отметить, что этот широкий диапазон измерений всегда полностью доступен в современных измерительных приборах. Нет необходимости в предварительной регулировке диапазона размеров, например, путем смещения линз или выбора подходящей оптики.

2. Универсальность

Лазерная дифракция используется во многих различных отраслях промышленности для рутинного анализа и контроля качества, а также для сложных задач исследований и разработок. Это также связано с тем, что как влажные образцы, то есть суспензии и эмульсии, так и сухие порошки могут быть легко охарактеризованы лазерной дифракцией. При влажном измерении мощные рециркуляторы и насосные системы, обычно со встроенными ультразвуковыми зондами, обеспечивают эффективную гомогенизацию, так что во многих случаях пробоподготовка может быть полностью выполнена в приборе. При сухом измерении частицы разделяются соплом Вентури в воздушном потоке.

3. Высокая пропускная способность образцов и простота в эксплуатации

Короткое время измерения является основным преимуществом лазерной дифракции. Процедура анализа, использующая в качестве примера измерение вмокрую, включает в себя: 1. Заполнение прибора диспергирующей жидкостью с помощью автонасоса. 2. Выполнение холостого измерения (без частиц образца). 3. Добавление образца. 4. Измерение (сбор данных дифракционного сигнала), 5. Очистка прибора с помощью функции автоматической промывки. Весь цикл измерения занимает 1-2 минуты, в зависимости от использования ультразвука и количества циклов очистки. В случае измерения всухую время измерения составляет 10 - 40 секунд.

4. Точность и воспроизводимость

Использование СРП гарантирует, что анализ с помощью лазерной дифракции всегда выполняется в одних и тех же условиях. Это практически исключает ошибки оператора и гарантирует высокую воспроизводимость даже между анализаторами установленными в разных местах. Точность лазерной дифракции может быть проверена с помощью стандартов. Требования (по точности и воспроизводимости) указаны в стандарте ISO 13320 и обычно значительно превышаются. Кстати, калибровка приборов пользователями не требуется.

5. Надежность

Лазерные дифракционные приборы характеризуются большой надежностью и низкими требованиями к техническому обслуживанию. Метод практически не подвержен внешним помехам, и многие приборы находятся на производственных объектах. Однако для дальнейшего снижения необходимого технического обслуживания лазерного дифракционного анализатора он в идеале должен быть оснащен диодными лазерами с длительным сроком службы. Многие приборы до сих пор используют HeNe-лазеры, которые имеют значительно меньший срок службы по сравнению с лазерными диодами. Эти газовые лазеры HeNe должны регулярно заменяться и требуют времени прогрева.

При анализе методом лазерной дифракции рассеянный или дифрагированный свет регистрируется в максимально широком диапазоне углов с помощью специального лазерно-детекторного устройства. Оценка этого сигнала основана на принципе, что большие частицы имеют тенденцию рассеивать свет на малые углы, а малые частицы имеют максимум рассеянного света на больших углах. При оценке сигнала необходимо учитывать, что размер частиц не соответствует определенному углу, а что каждая частица рассеивает свет во всех направлениях, только с разной интенсивностью. Таким образом, это косвенный метод измерения, поскольку размер частицы не измеряется непосредственно, а вычисляется с помощью вторичного свойства (дифракционной картины). Кроме того, регистрируемая дифракционная картина генерируется частицами разных размеров одновременно, поэтому она представляет собой суперпозицию рассеянного света многих частиц разных размеров. Поэтому лазерная дифракция является так называемым совокупным методом измерения. Во время оценки все сигналы обрабатываются так, как если бы они были сгенерированы идеальными сферическими частицами. Форма частиц не обнаруживается. Неcферическая форма частиц приводит к более широкому распределению размеров, поскольку как ширина, так и длина частиц вносят свой вклад в общий сигнал рассеяния и включаются в результат.

В чем разница между Фурье - оптикой и обратной Фурье-оптикой?

Согласно ISO 13320, измерительные приборы для лазерной дифракции могут работать как с Фурье-оптикой, так и с обратной Фурье-оптикой. При Фурье-оптике частицы освещаются параллельным пучком, тогда как при обратном Фурье-расположении используется сходящийся лазерный луч. Преимущество Фурье-оптики заключается в том, что дифракционный сигнал всегда правильно детектируется независимо от положения частицы в лазерном луче, и в любой точке исследуемого объема образца преобладают равные условия дифракции. При обратной установке Фурье поток частиц должен быть относительно узким, и, кроме того, частицы одинакового размера в сходящемся пучке имеют разные углы дифракции относительно оптической оси. Все это обычно приводит к размытым дифракционным картинам по сравнению с оптикой Фурье. Преимущество обратного метода Фурье состоит в том, что на меньшем массиве детекторов можно собрать более широкий угловой диапазон. Однако при соответствующей конструкции угловой диапазон 0-163 ° также может быть покрыт с помощью Фурье оптики. Поэтому в лазерных дифракционных анализаторах производства Microtrac используется схема Фурье.

Лазерная дифракция с преобразованием Фурье (слева, MICROTRAC) и обратное преобразование Фурье (справа)