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实验7、粒度分析仪简介及使用

纯牛奶粒度分布的测定（激光粒度法）

一、实验目的：

1．掌握粒度分析仪的测定原理及操作方法。

2．测定纳米粒子的粒度尺径及分布和Zeta电位性质。

二、实验原理：

2.1激光粒度仪介绍

激光粒度分析仪仪是利用粒子的布朗运动，根据光的散射原理测量粉颗粒大

小的，是一种比较通用的粒度仪。其特点是测量的动态范围宽、测量速度快、操

作方便，尤其适合测量粒度分布范围宽的粉体和液体雾滴。对粒度均匀的粉体，

比如磨料微粉，要慎重选用。

激光粒度仪集成了激光技术、现代光电技术、电子技术、精密机械和计算机

技术，具有测量速度快、动态范围大、操作简便、重复性好等优点，现已成为全

世界最流行的粒度测试仪器。

激光粒度仪作为一种新型的粒度测试仪器，已经在其它粉体加工与应用领域

得到广泛的应用。它的特点是测试速度快、重复性好、准确性好、操作简便。对

提高产品质量、降低能源消耗有着重要的意义。

2.2激光粒度仪的原理

激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由

于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以在没有阻碍的无限空间中激光将

会照射到无穷远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。如图1所示。

图1，激光束在无阻碍状态下的传播示意图

米氏散射理论表明，当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，散

射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ，θ角的大小与颗粒的

大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小，产生的散射光

的θ角就越大。即小角度(θ)的散射光是有大颗粒引起的；大角度(θ1)的散射

光是由小颗粒引起的，如图2所示。进一步研究表明，散射光的强度代表该粒径

颗粒的数量。这样，测量不同角度上的散射光的强度，就可以得到样品的粒度分

布了。

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图2，不同粒径的颗粒产生不同角度的散射光

为了测量不同角度上的散射光的光强，需要运用光学手段对散射光进行处理。

我们在光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜，在该富氏透镜的后焦平面上放

置一组多元光电探测器，不同角度的散射光通过富氏透镜照射到多元光电探测器

上时，光信号将被转换成电信号并传输到电脑中，通过专用软件对这些信号进行

处理，就会准确地得到粒度分布了，如图3所示。

图3，激光粒度分析仪原理

光在传播中，波前受到与波长尺度相当的隙孔或颗粒的限制，以受限波前处

各元波为源的发射在空间干涉而产生衍射和散射，衍射和散射的光能的空间（角

度）分布与光波波长和隙孔或颗粒的尺度有关。用激光做光源，光为波长一定的

单色光后，衍射和散射的光能的空间（角度）分布就只与粒径有关。对颗粒群的

衍射，各颗粒级的多少决定着对应各特定角处获得的光能量的大小，各特定角光

能量在总光能量中的比例，应反映着各颗粒级的分布丰度。按照这一思路可建立

表征粒度级丰度与各特定角处获取的光能量的数学物理模型，进而研制仪器，测

量光能，由特定角度测得的光能与总光能的比较推出颗粒群相应粒径级的丰度比

例量。

2.3激光粒度仪产品分析对象

滑石粉、硅藻土、重钙、轻钙、高岭土、石墨、硅灰石、水镁石、重晶石、

云母粉、膨润土、黏土、水泥、催化剂、医药、磨料、食品、农药、涂料、染料、

荧光粉、陶瓷原料、各种乳浊液等

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