3.3　粉塵粒徑分布的測定裝置

3.3.1 激光衍射粒度分析儀

激光衍射粒度分析儀是根據顆粒能使激光產生散射這一物理現象來測試顆粒的粒度分布的。當激光束遇到顆粒阻擋時，一部分光會發生散射。此時，散射光與主激光束間會形成一個散射夾角θ，其大小與顆粒的直徑呈反比關系，即顆粒越大散射夾角θ越小。通常散射光的強度代表某直徑顆粒的數量，散射光強隨散射夾角θ的增加呈對數衰減規律。散射光強度I（θ）與顆粒直徑的關系見式（3.6），根據所測得的I（θ）即可反求出待測樣品的粒度分布n（R）[11]。

　（3.6）

式中，θ為散射夾角；R為顆粒半徑；n（R）為顆粒的粒徑分布函數；J ₁為第一型貝葉斯函數；K=2π/λ，其中λ為激光的波長。

本實驗采用馬爾文Mastersizer 2000激光粒度分析儀（型號為AWM 2000）測量粉塵樣品的粒度分布。該儀器主要包括主機、進樣器、計算機及馬爾文測量軟件。主機主要用來測量收集待測樣品粒度大小的原始數據，主要部件包括激光光源、試樣槽、光信號接收與光電轉換器、光路系統監控器、電源、光學透鏡等，如圖3.2所示。進樣器主要是將樣品分散混勻并傳送到主機進行測試，主要包括燒杯、攪拌器、抽取泵、樣品返回口、樣品輸出口、超聲器、泵臂、排出按鈕、鍵盤控制板。馬爾文測量軟件可定義、控制整個測量過程，并同時處理測量的粒度分布數據，顯示結果并打印報告[12]。AWM 2000的操作實現了完全智能化，通過點擊鼠標在30s之內可完成從光路校正、背景扣除、數據采集到數據處理、報告生成等全部操作。該儀器采用高能量、高穩定性的He-Ne激光器光源；具備高靈敏度、高重復性的亞微米區測量性能，可測量的粒徑范圍為0.02～2000μm；數據采集速率高達1000次/秒，且測量重復性和準確性高；具備靈活多樣的附件和配置，能滿足各類干法或濕法樣品的測量需求。

實驗中，通過超聲波振蕩，將粉塵樣品溶解于適量的去離子水中，配制成合適濃度的溶液。用激光照射樣品溶液，當光束通過顆粒形成散射光，散射光經傅里葉或反傅里葉透鏡照射到多元光電檢測器的焦平面上，測量顆粒產生的散射光強度，同時光電轉換器將測得的光信號轉換成電信號后傳給計算機，測試軟件應用米氏散射理論對接收到的電信號進行處理，轉化成顆粒的粒度分布信息。測量結果最終由計算機輸出，通常使用顆粒粒徑體積豐度級分布圖與頻率分布數表達[12]。

圖3.2　馬爾文Mastersizer2000激光粒度分析儀主機Fig.3.2 MalvernMastersizer2000laserdiffractionparticlesizeanalyzer