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

Схема лазерного дифракционного анализатора

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.

Инструменты для анализа размера частиц методом лазерной дифракции

Лазерный дифракционный анализатор размера частиц LS 13 320 XR

LS 13 320

Используется для анализа размера частиц
Лазерный дифракционный анализатор размера частиц LS 13 320 XR

LS 13 320 XR

Используется для анализа размера частиц
Технологии, на которых строятся открытия и инновации