激光光散射法测量颗粒的粒度分布.pdfVIP

专业实验（1） 四：激光光散射法测量颗粒的粒度分布 一、 实验目的 1、.了解光散射的一般规律； 2、.掌握光散射法测量颗粒粒度的基本原理和适用的粒度范围； 3、.掌握粒度分布的基本表示方法； 4、.掌握GSL-10lB和LS603型激光粒度分布仪的使用方法。 二、 预习要求 认真阅读实验讲义和相关参考资料，理解衍射散射理论和Mie 散射理论测量颗粒粒度 分布的基本原理及其适用范围，掌握粒度分布的基本表示方法，对实验中所要使用的两种激 光粒度分布仪的操作方法有一个初步的认识，选择好适合待测Al O 样品的分散介质和分散 2 3 剂。 三、 实验所需仪器设备和试剂 GSL-10lB激光粒度分布仪；LS603 型激光粒度分布仪；超声波发生器：六偏磷酸钠； 蒸馏水；待测Al O 样品。 2 3 四、实验原理 1、光散射的一般规律和分类 粒度是颗粒的最基本、最重要的物理参数之一。测量粒度的方法很多，如：筛分析法、 显微镜法（包括光学显微镜和电子显微镜）、电传感法（Coulter 计数器）、重力沉降法、离 心沉降法、光散射法等，其中光散射法是比较新的一大类，它包括光散射法、X射线小角度 散射法和消光法。 光线在均匀介质中通过时按直线方向传播。但实际介质总非绝对均匀。例如大气中存在 气体密度的起伏，而且往往含有微尘或微小液滴。又如溶胶或悬浮液含有微小的固体颗粒。 当光束通过这类不均匀介质时，除了透过以及可能发生的吸收外，入射光的一部分会偏离其 原来的传播方向，而投射到其它方向，这种现象称为光的散射。 散射现象的理论处理很复杂。这里只讨论不相关的单散射。不相关散射是指颗粒群中颗 粒间距足够大（远大于粒径），或者颗粒在空间是无规分布的，它们的散射光不会因相干而 抵消，此时各个颗粒的散射可以认为是相互独立的。单散射是指每个颗粒的散射光产生再次 散射的情况 （复散射或称多重散射）可以忽略。不相干散射和单散射都要求颗粒间的距离足 够大，即颗粒浓度足够小。 在散射的理论处理中，将散射体的折射率用一复数N表示，称为复数折射率： N nni (4.1) 其中 O(∩_∩)O 2 2  n n  ，nn / c (4.2) ε和σ分别是散射体的介电常数和电导率，λ 是光在真空中的波长，c是光速。复数折射率N 的实部n称为折射率，其数值等于光在真空中的传播速度（相速度）与散射体中的传播速度 （相速度）之比，与普通折射率的意义相同；其虚部n称为消光系数，反映了光因散射体的 吸收作用而产生的衰减。这样处理就将散射体对光的吸收归并到复数折射率的概念中。若散 射体的电导率σ = 0 ，则n = 0。需要指出的是，n，n，ε和σ这些参数都与波长λ有关。 包含吸收的光散射规律除了与复数折射率N 有关外，还与散射体颗粒的线度尺寸相对 于入射光波长 λ 的比值有关。以下只讨论直径为 D 的球形散射体，其几何迎光截面积  2 ，此外定义其无量纲颗粒尺寸参数 a D / 4 D  (4.3)  根据光散射理论，当光强为I ，波长为λ 的自然光（完全非偏振光）平行照射到一球形 0 颗粒时，在散射角（散射方向与入射方向的夹角）为θ，距离散射体为r处的散射光强 2 I I  0 (i i ) (4.4)