不同激光粒度仪测量结果差异的深层原因探讨

　　不同激光粒度仪测量结果差异的深层原因探讨：

　　激光粒度分析仪已有大约50年的历史，现在已经成为世界上占主导地位的粒度分析设备。但是，还有一个问题困扰着用户：当使用不同品牌的激光粒度仪，甚至使用同一个品牌不同型号的激光粒度仪测量同一个颗粒样品时，结果差别很大，有时大到无法比较。设计和制造之间的不一致、样品处理的差异和操作误差将导致测量结果的差异。但是不同激光粒度仪的测量结果差别太大，无法比较，不能用上述原因来解释。作者认为，这些差异至少有以下深层原因：

　　（1）用液体作待测颗粒的分散介质时，当前市面上流行的各种激光粒度仪都用平板玻璃作测量窗口，存在全反射的限制，从而造成散射角90°周围存在测量盲区（照明光正入射时，理论盲区范围为49°，实际的盲区比理论盲区还要大）。如果颗粒的散射光能分布的峰值正好处在盲区中，则粒径测量的可靠性将急剧下降。有的任由盲区的存在不去（从物理上）解决，有的解决了一部分，有的解决了一部分但造成新的问题。上述对全反射盲区的无视或者解决方案不一样，必然造成测量结果的不一样。影响的粒径区域在在0.10.4?m。

　　（2）透明颗粒的光散射存在爱里斑的反常变化（ACAD）现象 [2]。它破坏了散射光能分布与粒度分布之间的一一对应关系[3]。用通常的反演算法，会造成粒度分布结果的不稳定或者严重偏离真值（例如单峰分布变成多峰分布）。目前有的制造商通过改进算法，从根本上解决了它的影响；其他制造商则是在数据分析时给颗粒加一个吸收系数（通常取0.1），这样表面上会使粒度反演结果稳定。但是凭空认为透明颗粒有吸收，会导致反演获得的粒度分布曲线在1μm附近鼓起一个假峰（英文称为Ghost peak）。有的制造商强行把这个假峰减掉，但会导致这个粒径附近真有少量颗粒时，也测量不到。有的制造商只是加吸收，不作其他处理，保留了这个假峰。所以当被测颗粒样品的粒径处在反常区时，有的结果不稳定，有的有假峰，有的假峰没了但真有颗粒也测不出来了，有的能测到真实的粒度分布。凡此种种原因，导致相互之间要对比结果就不可能了。ACAD的影响区域在0.4，颗粒的折射率越小，反常取中心的粒径位置越大。

　　（3）反演算法的问题。理论上不论采用哪一种反演算法，只要能获得足够准确的散射光能分布数据，基本上都能得到正确的粒度反演结果（因为反演算法必然经过制造商的反复验证，否则不会被采用），因而各种的结果应该是一致的。但事实上如前文所述，目前没有一种能得到全角度的散射光能分布数据，但又想给出完整（即包含0.10.4?m的颗粒）的粒度分布结果，就不得不通过软件对原始的反演结果进行多种修饰性的处理（比如延伸、内插、平滑等等）；另外ACAD现象也迫使制造商对反演计算过程进行特殊处理；由上述两个问题又延伸出一种包含多种数据反演模式的问题。对同样的原始光能数据，不同模式给出不同的粒度分析结果；同一种品牌的产品，型号变了，结构也变，数据修饰的方法也得改变。以上软件方面的原因，导致同一种（选不同的模式时）会给出不同的结果；同一种品牌不同的型号也有不同的结果；不同品牌之间的结果就更加难以比较了。

　　从以上分析也可看出，13μm以粗的颗粒不存在ACAD的问题；散射光能分布的主峰也在2°范围内，各种都能接收；因此不同的结果就具有较好的可比性。

　　如果想在激光粒度仪的全量程（0.1?m至数千微米）上解决不同的测量结果对比问题，至少应在技术上解决前述的三大问题，即消除全反射盲区、用正确的方法消除ACAD的影响、统一数据反演算法（放弃一种含多种反演模式）。这需要quan球从事静态光散射法粒度测量技术研究的学者和制造商共同努力。