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symbol: laser diffraction

激光衍射法
用于粒度检测
0.1 微米 to 875 微米

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经过过去30年的发展,激光衍射法已经成为粒度测试领域的主流技术。它可以实现对于各种气溶胶,悬浮液,乳浊液和气雾剂的以及在线环境下的粒度检测。

激光衍射是当激光束照射在颗粒上所发生的现象,这种现象在数学上可以通过费氏理论和米氏理论进行描述。对于单个圆形颗粒来说,它的衍射图形是一个标准的环状结构。圆环到中心的距离r取决于颗粒的粒度大小,如图1和图2所示。衍射光的具体光强分布数据可通过一个多元光子探测器进行收集,如图3。

Diffraction pattern of a small spherical particle Diffraction pattern of a large spherical particle Circularly distributed intensity of the diffracted light of a spherical particle

Fig. 1: 小颗粒的衍射图形

Fig. 2: 大颗粒的衍射图形

Fig. 3: 多元探测器探测到的颗粒衍射图形的光强分布

多于一个颗粒的激光衍射会造成各个颗粒的衍射图样的叠加。随着颗粒的不断运动,衍射图样最终达到一个平衡的状态。

1983年,新帕泰克公司率先通过使用一种不需要输入样品参数的数学计算模式将衍射光信号转换成粒度分布数据。

新帕泰克公司基于激光衍射原理的光学系统 HELOSMYTOS

根据激光衍射的物理原理,新帕泰克公司研制出了适用于实验室的光学系统HELOS以及在线应用的MYTOS。 它们的特色是:

光路系统

由于衍射图样的光强很弱,即使是最小的不精确也会导致非常大的误差。因此在将衍射图样转换成粒度分布数据之前,必须先保证获得尽可能准确的衍射图样。

1. 新帕泰克公司的仪器采用波长为632.8 nm 的激光光源同一个长的谐振腔,再加上一个激光扩束器来生成一束几乎完美的平行激光照射到颗粒被测区域。
2.
Laser diffraction using a parallel beam for the illumination of the particles
新帕泰克所有的光学系统都采用品行管路设计。在这种设计当中,通过某个角度q发出的衍射光在探测器上形成环形的光斑,光斑的位置与颗粒到达傅立叶镜头的距离无关。结合根据不同的傅立叶镜头可调节光束的的直径,从而可实现较长的工作距离,这一点对于气溶胶和气雾剂测试中获得准确的结果是至关重要的。
3. 傅立叶镜头的质量决定了将衍射角 q 转换成环形光斑直径r 的精确度。我们采用大约10个最高性能的光学透镜来为8段互相重叠的测试范围提供最精确的测量效果。
4. 在实际测试中,并非所有的颗粒都是圆形的,但是所有颗粒的衍射图样都是呈180度对称的。这也就是为什么新帕泰克公司使用半圆形的多元探测器,这保证的测试结果与颗粒被分散时的朝向。比如受到分散介质影响的时候。
5. 为了对衍射光强分布获得最精确的检测结果,新帕泰克使用一种专门为新帕泰克激光粒度仪开发和研制的高尖端的光学探测器。它特点是:良好的线性和一致性,零反射,零交调失真,低噪音和高速处理。
6. 探测器获得了微弱的光电流之后,在电流从探测器传输到电脑的过程中,有可能会产生噪音。Sympatec is using special high speed digital isolators for complete isolation.
7. 一个非常稳定的铝制光学谐振腔和全金属外壳相结合,配上自动对焦装置保证了激光束完美地聚焦于探测器的中心。从而实现了整个系统可以从任何方向进行检测。新帕泰克光学系统的性能和稳定性可以借由该系统的粒度测量上限来说明:8750 微米,这对于基于激光衍射法的粒度仪来说这是非常罕见的上限。

分散

8. 当颗粒团聚在一起的时候,激光粒度仪就会检测团聚体的大小而不是原始颗粒的粒度。因此在检测前做到把样品完全分散开来是非常重要的。


HELOS家族的激光粒度仪提供宽度为123毫米的测试区域(HELOS-VARIO 最大可以达到1.4 m)。在这个区域中可以很方便地安装各种针对干粉, 悬浮液, 气溶胶喷雾剂分散系统,从而实现让测试仪器去适应被测试的物料的理念:干样干测,湿样湿测。

模块化设计

9. HELOS系统和它的分散系统都是完全模块化设计的。客户可以根据自己不同阶段的需要拓展测试范围,增加新的分散系统以适应不同的测试条件以及更新各种附件。

新帕泰克的激光粒度仪符合医药行业的质量要求。

完全符合 ISO 13320-1CFR 21 rule 11.

非球形颗粒的衍射图案

Calculated diffraction pattern for a square shaped particle

正方形

Calculated diffraction pattern for a pentagon shaped particle

正五边形Calculated diffraction pattern for a hexagon shaped particle

正六边形

星形

Calculated diffraction pattern for a dodecagon shaped particle

正十二边形

Calculated diffraction pattern for a floccose

不规则形状

非球形颗粒的衍射图样(请参阅每张图中的灰色颗粒形状)

所有的衍射图样都是呈180度对称的。