Лазерная дифракция и анализ размера частиц
Метод лазерной дифракции позволяет на основании применимой модели светорассеяния получить информацию о распределении частиц по размеру путем измерения интенсивности светорассеяния и определения ее зависимости от угла рассеяния, длины волны и поляризации света. Это абсолютный метод, не требующий калибровки.
Лазерная дифракция обладает рядом преимуществ, включая простоту и быстроту измерений, высокую воспроизводимость и широкий динамический диапазон размеров, охватывающий почти пять порядков величины: от нанометров до миллиметров.
За последние два десятилетия лазерная дифракция заменила традиционные методы определения размера частиц: гель-фильтрацию и седиментацию в случае, если размер частиц меньше нескольких миллиметров, оптическую и электронную микроскопию в случае, если размер частиц больше 50 мкм.
Первоначально оценка размеров частиц методом лазерной дифракции имела ограничения из-за применения теории дифракции Фраунгофера. Современные лазерные дифракционные анализаторы выходят за рамки простых дифракционных эффектов. Основные принципы метода в настоящее время базируются на теории Ми и измерении интенсивности светорассеяния в широком угловом диапазоне.
Кроме того, в случае частиц субмикронных размеров для получения дополнительной информации помимо лазеров зачастую используют нелазерные источники света.
Типичная схема лазерного дифракционного анализатора и основные функции каждого элемента
Процесс анализа начинается с того, что источник света испускает луч монохроматического света. Пройдя через несколько оптических компонентов, исходный луч превращается в толстый коллимированный пучок.
Этот световой пучок направляется на частицы и рассеивается ими в так называемом рассеивающем объеме. Генерируемые при этом уникальные паттерны углового светорассеяния регистрирует многоэлементная фотодетекторная матрица.
Возникающие в матрице фототоки оцифровываются и анализируются с построением диаграммы интенсивностей и оценкой распределения частиц по размерам.
Некоторые промышленные частицы не сферичны, но эффекты рассеяния на их углах и краях сглаживаются из-за вращения, происходящего благодаря циркуляции пробы во время измерения. Это позволяет применять как теорию Ми, так и теорию Фраунгофера к системам с одним параметром – диаметром.
Важно понимать, что такой подход позволяет только примерно оценить размеры частиц и что результаты, получаемые большинством методов (включая лазерную дифракцию) могут сильно отличаться от реальных характеристик.
Пока что в современных коммерческих инструментах для определения размеров частиц в широком спектре образцов используется только сферическая модель независимо от настоящей формы частиц.
