Exploración de los beneficios de la difracción láser en el análisis moderno del tamaño de partículas

Muchos materiales en muchas industrias, como la alimentaria, la medicina y la catálisis, existen en forma de polvo. La distribución del tamaño de las partículas de polvo tiene un impacto importante en la calidad y el rendimiento de los materiales. El analizador de tamaño de partículas láser es una herramienta importante para detectar la caracterización del tamaño de partículas de materiales en polvo. El analizador de tamaño de partículas por difracción láser utiliza el principio de dispersión de la fuente de luz para medir el polvo y tiene las ventajas de un amplio rango de medición, un análisis rápido de los resultados y una buena repetibilidad.

Principio de funcionamiento del analizador de tamaño de partículas por difracción láser.

Las mediciones con medidores de tamaño de partículas láser utilizan el principio de dispersión de la luz, que se basa en la dispersión óptica y la dinámica de partículas. El principio se basa en la dispersión óptica y la dinámica de partículas, es decir, la luz que pasa a través de un medio no homogéneo interactúa con las partículas, absorbiendo, reflejando, refractando, transmitiendo y difractando la luz lejos de su trayectoria original. El analizador de tamaño de partículas por difracción láser mide la intensidad y la distribución angular de las señales de luz dispersadas por las partículas irradiando la muestra con luz láser y luego deduce la distribución de tamaño de las partículas.

1. El láser genera un rayo láser monocromático unidireccional dirigido a la muestra a medir.

2. Las partículas de la muestra dispersan el rayo láser, formando luz dispersa. La intensidad y el ángulo de la luz dispersada por las partículas están relacionados con el tamaño de las partículas, siendo las partículas más grandes las que dispersan una mayor intensidad de luz y un ángulo de dispersión más pequeño, y viceversa.

3. El analizador láser de tamaño de partículas recoge y registra las señales luminosas dispersadas por las partículas.

4. El analizador láser de tamaño de partículas analiza la intensidad y la distribución angular de la luz dispersada por las partículas para deducir la distribución del tamaño de las partículas en la muestra.

El analizador de tamaño de partículas por difracción láser utiliza este principio para medir de forma rápida y precisa la distribución del tamaño de las partículas en una muestra. El analizador de tamaño de partículas por difracción láser se usa ampliamente en pulvimetalurgia, productos farmacéuticos, químicos, alimentos, materiales de construcción y otros campos de análisis de tamaño de partículas y control de calidad.

Diagrama esquemático del método de medición del medidor de partículas láser.

Estructura del analizador de tamaño de partículas láser

El haz emitido por el láser pasa a través de un filtro espacial y una lente que expande el haz para convertirse en un haz de luz paralelo con una longitud de onda específica. El polvo particulado se dispersa en una corriente de aire o en un medio líquido. Se transporta a la cámara de muestra mediante un sistema de dispersión para garantizar que las partículas se dispersen uniformemente. La luz paralela es difractada y dispersada por la cámara de muestra, y la luz dispersada se refleja en el plano focal mediante una lente de Fourier. En el plano focal está dispuesto un fotodetector de múltiples anillos. La información de luz dispersa detectada por los detectores se convierte en señales eléctricas, que se miden mediante una computadora para caracterizar la distribución del tamaño de las partículas.

Procedimiento de imagen

1. Láser: generalmente un láser He-Ne o un láser semiconductor, que produce un haz láser monocromático unidireccional que irradia la muestra a medir;

2. Sistema de lentes: dividido en una lente de expansión del haz previo a la incidencia y un filtro espacial. El sistema de lentes colima y filtra el haz emitido por el láser para que tenga un haz monocromático paralelo.

3. Sistema de dispersión: la dispersión adecuada de la muestra es un requisito previo para obtener resultados analíticos precisos, según los diferentes dispersantes divididos en dispersión húmeda y dispersión seca. La dispersión húmeda generalmente se logra mediante ultrasonidos y agitación. El efecto de dispersión está relacionado con el tiempo, la frecuencia y la velocidad de agitación del ultrasonido; La dispersión seca se divide en dispersión de caída libre y dispersión en chorro.

4. Cámara de muestra y sistema de alimentación: las partículas a medir se transfieren a la cámara de muestra a través de un sistema de alimentación para garantizar una dispersión uniforme de las partículas;

5. Fotodetectores: Los fotodetectores están distribuidos en el plano focal de la lente de Fourier por donde pasa la luz dispersada y son numerosos y dispuestos en forma de anillo. Distribuido en el centro del sensor para recoger el extremo del haz difractado, utilizado para determinar la concentración volumétrica de la muestra. Los detectores periféricos reciben el ángulo de distribución de la luz dispersa y la energía y los convierten en señales eléctricas.

6. Sistema informático y de imágenes. La computadora recibe las señales eléctricas y luego las mide y extrapola para obtener las características de distribución del tamaño de las partículas.

Clasificación de los métodos de prueba del medidor de tamaño de partículas láser

Los métodos de prueba del medidor de partículas láser se pueden dividir en 2 tipos: secos y húmedos. Debido a los diferentes medios dispersantes utilizados para los métodos de prueba secos y húmedos, los resultados de las pruebas serán diferentes.

El método seco utiliza aire como medio dispersante. Utiliza el principio de dispersión turbulenta, que permite que las partículas de la muestra se dispersen por completo y luego la muestra dispersada se introduce en el sistema óptico para realizar pruebas.

Ventajas: Es rápido, fácil de operar, preciso y reproducible. Puede analizar muestras disueltas en agua y es adecuado para detectar diversas distribuciones de tamaño de partículas gruesas y finas.

Desventajas: Tamaño de muestra grande y factores de influencia complejos.

El método húmedo agrega la muestra directamente al agua o etanol y otros medios de dispersión para la dispersión. Luego, a través del sistema óptico, se calcula la distribución del tamaño de las partículas.

Ventajas: Un tamaño de muestra pequeño es adecuado para detectar la distribución del tamaño de partículas finas.

Desventajas: Poca repetibilidad de los resultados de las mediciones.

Precauciones:

La alimentación seca intenta elegir una presión menor para reducir el impacto sobre las partículas de la muestra y evitar la fragmentación secundaria de las partículas. Para algunas muestras difíciles de dispersar, como el óxido de hierro, la densidad es mayor, es necesario elegir una presión de dispersión mayor.

La alimentación húmeda se ajustará cambiando la velocidad de agitación y el tiempo ultrasónico. Para algunas muestras más ligeras que pueden flotar en el medio dispersante, el tiempo de prueba de la muestra debe extenderse para facilitar la dispersión completa de la muestra. Además, en la prueba húmeda se debe utilizar ultrasonido para eliminar las burbujas de aire; de ​​lo contrario, se formarán picos en los resultados.

Factores de influencia de los resultados de las pruebas:

1. Selección de dispersante: una de las condiciones importantes para una prueba de tamaño de partículas láser es la dispersión de la muestra. Elegir el dispersante adecuado puede reducir la tensión superficial del líquido, destruyendo la fuerza de Van der Waals entre las partículas. La función principal del dispersante es evitar que las partículas se sedimenten y coagulen para que queden bien dispersas. Teóricamente, el dispersante debe elegirse como un líquido transparente, ópticamente equilibrado, que no reaccione con la muestra.

2. Distribución del detector: cuanto mayor sea el radio del anillo de difracción del láser, mayor será el ángulo de difracción y más débil será la intensidad de la luz. Aumentar el número de detectores puede reducir la fuga de señal y mejorar la precisión de los resultados de la medición.

3. Selección de tono: si el valor del tono es demasiado alto, habrá dispersión múltiple y no se podrá medir; Si el valor del tono es demasiado bajo, la señal no se detectará lo suficiente como para afectar la precisión de la medición.

4. Selección de material estándar de calibración: para garantizar la precisión y trazabilidad de los resultados de la calibración del medidor de partículas láser, debe calibrar el instrumento según ciertos procesos de especificaciones de calibración de instrumentos de la industria.

5. Velocidad de escaneo: el escaneo rápido puede mejorar la precisión, repetibilidad y estabilidad de los datos.

6. Mantenimiento del instrumento: El grado de mantenimiento del medidor de partículas láser tiene un mayor impacto en los resultados de la prueba. El medidor de partículas láser debe calibrarse y mantenerse periódicamente.

Precauciones

(1) El analizador láser de tamaño de partículas debe calentarse durante 15 a 30 minutos antes de su uso;

(2) Requisitos de la muestra: eliminar la materia orgánica, el carbonato y descomponer completamente la muestra antes de realizar la prueba. Para la medición de la dispersión dinámica, cuanto más estrecho sea el rango de distribución del tamaño de las partículas, mejor;

(3) Estándar normal de fondo: la tendencia decreciente de la energía luminosa debe ser inferior a 80 como máximo y la intensidad de la luz debe ser aproximadamente del 80%;

(4) Asegúrese de que toda la superficie del canal de alimentación dispersiva y de la cubeta esté limpia y que la cubeta esté bien sellada y sin fugas.

(5) La dispersión de la muestra debe ser buena, así que elija el dispersante adecuado, suficiente tiempo ultrasónico y tratamiento de agitación.

(6) El uso de sombreado estable puede garantizar la reproducibilidad de los resultados.

Conclusión

Los medidores de partículas láser tienen las ventajas de alta precisión, rápida velocidad de análisis y buena reproducibilidad de los resultados. En el rango de distribución del tamaño de partículas de las pruebas de partículas estrechas, el rendimiento es una ventaja particularmente sobresaliente. La arqueología, la farmacia, la alimentación, la ciencia de los materiales y otros campos se utilizan ampliamente en el medio ambiente.