激光粒度分析仪 正确认识和使用激光粒度分析仪

小珂说。

为了说明malvin在微粉和大颗粒检验中的问题，上一期先讲了什么是大颗粒，今天我们就系统的讲一下这个问题。

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正确理解和使用激光粒度分析仪

周波教授是高级工程师

1.概述

激光粒度分析仪是近二十年来迅速发展起来的一种新型粒度分析仪。由于该仪器将先进的计算机技术与激光原理相结合，充分发挥各自的优势，粉末的粒度分析变得快捷方便，满足了粉末行业粒度分析的基本需求。此外，该仪器已被仪器制造商广泛宣传(仪器分析快速、准确、准确度高、0.001μ)，因此仪器得到了快速发展和应用。磨料行业各大微粉厂商也购买了激光粒度分析仪。然而，随着激光粒度分析仪的广泛应用，激光粒度分析仪在磨料粒度分析中的问题也暴露出来。比如大颗粒无法分析，粒度组成变化无法有效准确反映，仪器校准和溯源性差。这些问题严重影响了测试结果的准确性和可靠性。

2.激光粒度分析仪的基本原理

激光照射微粉颗粒产生光衍射效应，颗粒大小的差异导致激光衍射角的变化，投射到探测器上显示衍射环大小的变化。激光粒度分析仪根据光晕的大小来分析粒度的大小，根据光晕的强弱来判断某个粒度的个数。然后，计算机根据衍射环的大小和光强，按照预定的数学关系进行拟合近似分析，得到样品粒度组成的分析结果。

3.激光粒度分析仪的优点

操作方便，分析速度快，中值粒径分析结果准确稳定，满足粉体行业的基本需求。比如广泛应用于水泥、粉末冶金、选矿、食品、涂料、石化、磨料等行业。

4.激光粒度分析仪的缺点

分辨率低，不可标定，难以验证，物理意义不明确，拟合近似分析，不利于磨料的质量控制。因为其他行业对粒度组成的要求没有磨料行业严格，所以这些问题并不突出。

5.仪器缺陷分析

(1)分辨率低。激光粒度仪的分辨率主要取决于传感器的数量。比如目前一般的分析范围为0-2000的激光粒度分析仪最多有150个传感器，也就是说平均分布距离为2000/150=13.3μ。传感器相当于尺子的划线。划线越近，尺的分辨率越高。规则的尺标是等距的。激光粒度仪的传感器按1: 1.15的比例排列，保证相对分布距离差为15%，分辨率为距离差的一半。也就是说，激光粒度仪的最高分辨率为7.5%。结合其他因素，激光粒度仪的实际相对分辨率小于10%。

⑵无法校准。只要激光粒度仪是出厂制造和交付的，传感器的布局位置是无法改变和调整的，目前的仪器没有软件校准功能，所以即使知道有分析误差，也无法通过二次校准改变，只能人工修正分析结果。由于激光粒度仪中传感器较多，且不是线性分布的，系统误差既不是唯一的，也不是线性分布的，给科学准确地修正分析结果带来了很大的麻烦。

⑶难以验证。由于激光粒度分析仪不能分析特定的一种或多种颗粒，很难用第二种方法验证激光粒度分析仪分析结果的准确性。一般采用颗粒标准物质进行比对验证，激光粒度仪的准确性是通过颗粒标准物质测试结果的准确性来判断的，这只是间接验证。如果两种仪器的测试结果不同，就很难讨论和达成共识。

(4)物理意义不明确。激光粒度仪给出的粒度是未知的，很难溯源。目前，测量颗粒尺寸的物理意义通常包括体积、投影、长度、短轴、宽度等。这些物理意义都不是激光粒度仪。物理意义不明确，不方便用测试结果来指导微粉生产过程。

⑸拟合的近似分析。因为激光粒度分析仪是拟合近似分析，所以拟合分析兼顾了主要参数的精度，次要参数的偏差比较大。

例如，以中值粒径为22.2的颗粒标准物质为例，颗粒标准物质的粒径浓度较好(最大粒径为26.0，最小粒径为18.0)，分别用激光粒径分析仪和图像分析仪进行分析。分析结果如图1-a、b和C所示..

图1 a是颗粒参考材料的显微照片。最小粒径为18μ，最大粒径为26μ，中值粒径为22.2μ..成像仪和激光粒度仪测得的中值粒径基本相同，分别为21.8和21.9，相对准确，如图1B和c所示，至于D95、D90、D10和D5的特征粒径，激光粒度仪分析结果的偏差有点离谱。测得的激光粒度分析仪D95=27.2μ，也就是说根据激光粒度分析仪的测试结果，至少有5%的粒径大于27.2μ的大颗粒包含在颗粒体系中，但实际上体系中并没有这样的大颗粒，D5也有这样的假结果。“无中生有”是近似拟合分析的最大缺点。因此，激光粒度分析仪的分析结果不应是神话，如果激光粒度分析仪是一种先进的仪器，测试结果必须准确。事实上，只有激光粒度分析仪的中值粒度D50是准确的，D95、D90 D10、D5等特征粒度的分析结果偏差较大，不能满足磨料质量控制的要求。

[6]不利于磨料的质量控制。因为磨料对粒度组成有严格的要求，当粒度组成略有变化时，要真实有效地反映出来。激光粒度仪很难满足磨料的这一要求，因此激光粒度仪不适用于磨料的质量控制，尤其是磨料的使用单位。

以下是一个例子。某公司标称W12的两批金刚石微粉磨料经激光粒度分析仪检测合格，未发现问题。但是应用效果差别很大，一个好用，一个不能用。最后通过图像分析发现问题。分析结果如图2所示。

图2，1#照片正常好用，2#照片不好用。从照片中可以清楚地看到，2#磨料的粒度成分中存在粗颗粒，属于不合格磨料。图2中，1a和2a是用激光粒度分析仪对两种微粉样品的分析结果和分布图。根据激光粒度分析仪对两个样品的分析结果和分布图，两个样品在分布图上没有明显差异。从分析结果可以看出，2#微粉的D50和D90数据比1#微粉样品分别增加了0.2μ和0.75，不足以严重影响使用效果。因此，根据激光粒度分析仪的分析结果，用户

图2中的1b和2b是通过图像分析仪对两种微粉样品的分析结果和分布图。图1b和2b的分析数据和分布图清楚地反映了两个样品之间的巨大差异，这充分表明2#微粉样品的粒度有问题。

实际分析结果表明，激光粒度分析仪不能有效检测微粉粒度组成的变化，图像分析仪可以有效检测微粉粒度组成的变化。因此，激光粒度分析仪不适用于磨料质量的控制。

6.结论

激光粒度分析仪用于分析磨料微粉的粒度组成，不能真实有效地反映粒度组成的变化，不适用于磨料粒度差的质量控制。特别是对于磨料应用企业来说，磨料供应商来源不统一，会导致磨料质量差异很大，因此更不适合使用激光粒度仪来控制磨料质量。激光粒度分析仪的用户应根据实际情况选择使用激光粒度分析仪的分析结果，不要盲目认为激光粒度分析仪“高精度、准确、可靠”，这是一种误解，不利于激光粒度分析仪的正确选择和使用。

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