在現代工業與科學研究中，顆粒材料的粒徑分布是影響產品性能的關鍵參數之一。無論是制藥行業的藥物粉末、涂料行業的顏料分散、食品工業的乳品顆粒，還是新能源領域的電池材料，顆粒的大小和分布直接影響著產品的溶解性、穩定性、流動性、光學性能和反應活性。為了實現對顆粒體系的快速、準確、重復性高的測量，激光粒度儀（Laser Particle Size Analyzer）已成為顆粒分析領域應用的儀器之一，被譽為“顆粒世界的光學天平”。

一、什么是激光粒度儀？

激光粒度儀是一種基于光散射原理（Light Scattering）的粒度分析設備，通過測量顆粒在激光束照射下產生的散射光角度和強度分布，反演計算出顆粒的粒徑大小及其分布情況。它適用于從幾十納米到幾千微米范圍內的固體粉末、懸浮液、乳液等分散體系的粒度測試，具有測量范圍寬、速度快、重復性好、無需標樣等優點。

二、工作原理：從光散射到粒度分布

激光粒度儀的核心物理基礎是米氏散射理論（Mie Scattering Theory）和夫瑯禾費衍射理論（Fraunhofer Diffraction Theory）。當一束激光照射到顆粒上時，光線會發生散射，散射光的角度與顆粒大小密切相關：大顆粒產生的散射光集中在前向小角度區域，而小顆粒則產生更廣泛角度的散射光。

儀器的基本工作流程如下：

1.樣品分散：將待測顆粒樣品放入液體介質（濕法）或空氣中（干法），通過超聲、攪拌或氣流使其充分分散，避免團聚。

2.激光照射：一束波長穩定的激光（通常為635 nm或780 nm）穿過樣品池，與顆粒發生相互作用。

3.散射光采集：分布在不同角度的光電探測器陣列接收散射光信號，形成“散射光能分布圖”。

4.反演計算：儀器內置軟件根據米氏理論或夫瑯禾費理論，結合顆粒的折射率、吸收率和介質折射率等參數，通過數學反演算法（如非負最小二乘法）將光能分布轉換為顆粒的體積粒徑分布（如D10、D50、D90）。

5.結果顯示：最終以圖表和數據形式輸出粒度分布曲線、平均粒徑、比表面積等關鍵參數。

三、主要類型與技術特點：

1.濕法激光粒度儀

將樣品分散在液體介質（如水、乙醇）中進行測試，適用于易團聚、輕質或納米級顆粒。配備超聲波分散器和循環泵，確保分散均勻，結果更穩定。

2.干法激光粒度儀

通過壓縮空氣將粉末樣品吹散并送入測量區，適用于不易溶于液體或對水分敏感的材料（如水泥、氧化鋁、奶粉等）。干法進樣器需控制氣壓和分散能量，防止過度破碎。

激光粒度儀還具備以下技術優勢：

-雙光源設計：結合紅光（635 nm）與藍光或綠光（如405 nm），提升對亞微米和納米顆粒的檢測靈敏度；

-全自動操作：集成自動進樣器、清洗系統和數據管理軟件，提高通量與一致性；

-多峰分布識別：可準確分辨多模態粒度分布，適用于復雜混合體系；

-符合國際標準：滿足ISO 13320、GB/T 19077等標準要求，數據具有可比性。

四、典型應用領域

1.制藥行業

測定藥物微粉的D50值，影響其吸入性、溶解速率和生物利用度；用于一致性評價和工藝優化。

2.材料科學

分析陶瓷粉體、金屬3D打印粉末、碳化硅、石墨等的粒度分布，控制燒結性能與成型質量。

3.化工與涂料

評估顏料、填料、乳液的粒徑，影響涂層的光澤度、遮蓋力和穩定性。

4.食品工業

檢測奶粉、咖啡粉、調味品等的顆粒大小，確保口感與溶解性。

5.環境與地質

分析土壤、沉積物、粉塵等顆粒組成，用于環境評估與地質研究。

6.新能源

鋰電池正負極材料（如磷酸鐵鋰、石墨）的粒度直接影響電極壓實密度與循環壽命。

五、使用注意事項與發展趨勢

為確保測量準確性，需注意：

-樣品充分分散，避免團聚；

-正確設置光學參數（如折射率）；

-定期校準儀器（使用標準微球）；

-選擇合適的測試模式（濕法/干法）。