Лазерная дифракция

Распределение частиц по размерам от нанометров до миллиметров

Лазерная дифракция – широко применяемая технология анализа размеров частиц, подходящая для материалов, размер частиц которых составляет от сотен нанометров до нескольких миллиметров.

Главными причинами ее успеха являются:
  • Широкий динамический диапазон: начиная от размера меньше микрона и заканчивая несколькими миллиметрами.
  • Быстрые измерения: получение результатов менее чем за минуту.
  • Высокая повторяемость - за счёт анализа большого количества частиц в каждом измерении.
  • Непрерывный контроль и управление процессом диспергирования частиц.
  • Высокая производительность - сотни измерений в день.
  • Отсутствие необходимости калибровки - простая верификация осуществляется с использованием эталонных материалов.
  • Общепризнанная технология, требования к которой определяет стандарт ISO13320 (2009).
Принцип действия

Определение распределения частиц по размерам методом лазерной дифракции основано на измерении углового распределения интенсивности рассеянного света при прохождении лазерного луча через диспергированный образец. Крупные частицы преимущественно рассеивают свет под малыми углами к лазерному пучку, тогда как мелкие частицы - под большими углами (см. ниже). С использованием теории светорассеяния Ми определяют размеры частиц, формирующих индикатрису рассеяния, совпадающую с измеренными данными об угловой зависимости интенсивности рассеянного света. Размер частиц выражается в виде диаметра сферы эквивалентного объема.

Оптические свойства

В лазерной дифракции расчет распределения частиц по размерам производят по теории светорассеяния Ми с использованием модели сферы эквивалентного объема.

Теория Ми требует знания оптических свойств (коэффициента преломления и поглощения) измеряемого образца, равно как и коэффициента преломления дисперсанта. Оптические свойства дисперсанта, относительно, легко найти в публикациях, к тому же многие современные приборы имеют встроенные базы данных распространенных дисперсантов. Если оптические свойства образцов неизвестны, пользователь может либо измерить их, либо воспользоваться итеративным подходом, исходя из совпадения между смоделированными и фактическими данными, полученными для образца.

Упрощенный подход – использование приближения Фраунгофера, которое не требует знания оптических свойств образца.
Оно позволяет получить точные результаты для крупных частиц. Однако его следует использовать с осторожностью при работе с образцами, которые могут содержать частицы размером менее 50 мкм или относительно прозрачные частицы.