粒度分析

粒度分析，粒度测量，或简单的粒度测量，是确定粉末或液体样品中颗粒的尺寸范围和/或平均或平均尺寸的技术程序或实验室技术的统称。

颗粒度分析是粒子科学的一部分，一般在粒子技术实验室进行。

粒度测量通常通过称为粒度分析仪 (PSA) 的设备实现，这些设备基于不同的技术，例如高清图像处理、布朗运动分析、颗粒的重力沉降和光散射（瑞利和 Mie 散射）的粒子。

粒度在包括化学、食品、采矿、林业、农业、化妆品、制药、能源和骨料行业在内的许多行业中具有相当大的重要性。

基于光散射的粒度分析在许多领域都有广泛的应用，因为它可以相对容易地对样品进行光学表征，从而改善许多行业的产品质量控制，包括制药、食品、化妆品和聚合物生产。 近年来，用于颗粒表征的光散射技术取得了许多进步。

对于较低纳米至较低微米范围内的颗粒，动态光散射 (DLS) 现已成为行业标准技术。 它也是迄今为止学术界使用最广泛的粒子表征光散射技术。 该方法分析悬浮粒子在用激光照射时散射光的波动，以确定布朗运动的速度，然后可用于使用 Stokes-Einstein 关系获得粒子的流体动力学尺寸。 DLS 是一种快速且非侵入性的技术，它也是精确且高度可重复的。 此外，由于该技术基于作为时间函数的光散射测量，因此该技术被认为是xxx的，并且 DLS 仪器不需要校准。 它的缺点之一是它不能正确解析高度多分散的样品，而大颗粒的存在会影响尺寸精度。 其他散射技术已经出现，例如纳米粒子跟踪分析 (NTA)，它使用图像记录通过散射来跟踪单个粒子的运动。 NTA 还通过扩散系数测量颗粒的流体动力学尺寸，但能够克服 DLS 带来的一些限制。 下一代 NTA 技术称为干涉纳米粒子跟踪分析 (iNTA)，它基于干涉散射显微镜 (iSCAT)。 与 NTA 相比，iNTA 具有出色的尺寸分辨率，并且可以获取颗粒的有效折射率。

虽然上述技术最适合测量通常在亚微米区域的颗粒，但基于静态光散射或激光衍射 (LD) 的粒度分析仪 (PSA) 已成为最流行和广泛使用的仪器，用于测量来自数百种颗粒的颗粒 纳米到几毫米。 类似的散射理论也用于基于非电磁波传播的系统，例如超声波分析仪。 在 LD PSA 中，激光束用于照射稀释的颗粒悬浮液。 粒子在前向散射的光通过透镜聚焦到大量同心光电探测器环上。 粒子越小，激光束的散射角越大。 因此，通过测量与角度相关的散射强度，可以使用 Fraunhofer 或 Mie 散射模型推断粒度分布。 在后一种情况下，需要事先了解被测颗粒的折射率以及分散剂。

商用 LD PSA 因其宽动态范围、快速测量、高再现性和执行在线测量的能力而受到欢迎。 然而，这些设备通常尺寸大（~700 × 300 × 450 mm）、重（~30 kg）且昂贵（在 50-200 K€ 范围内）。 一方面，普通设备的大尺寸是由于样品和检测器之间需要很远的距离才能提供所需的角分辨率。 此外，它们的高价格主要是由于使用了昂贵的激光源和大量的检测器，即一个传感器用于每个要监测的散射角。 一些商业设备包含多达二十个传感器。 商业 LD PSA 的这种复杂性，加上它们通常需要维护和训练有素的人员，使得它们在大多数在线工业应用中不切实际，这些应用需要在处理环境中安装探针，通常是在多个位置。