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(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象來測試顆粒的粒度分布的。當(dāng)激光束遇到顆粒阻擋時，一部分光會發(fā)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(guān)系，即顆粒越大散射夾角θ越小。通常散射光的強(qiáng)度代表某直徑顆粒的數(shù)量，散射光強(qiáng)隨散射夾角θ的增加呈對數(shù)衰減規(guī)律。散射光強(qiáng)度I（θ）與顆粒直徑的關(guān)系見式（3.6），根據(jù)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(shù)；J ₁為第一型貝葉斯函數(shù)；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(jī)、進(jìn)樣器、計算機(jī)及馬爾文測量軟件。主機(jī)主要用來測量收集待測樣品粒度大小的原始數(shù)據(jù)，主要部件包括激光光源、試樣槽、光信號接收與光電轉(zhuǎn)換器、光路系統(tǒng)監(jiān)控器、電源、光學(xué)透鏡等，如圖3.2所示。進(jìn)樣器主要是將樣品分散混勻并傳送到主機(jī)進(jìn)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(shù)據(jù)，顯示結(jié)果并打印報告[12]。AWM 2000的操作實現(xiàn)了完全智能化，通過點擊鼠標(biāo)在30s之內(nèi)可完成從光路校正、背景扣除、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報告生成等全部操作。該儀器采用高能量、高穩(wěn)定性的He-Ne激光器光源；具備高靈敏度、高重復(fù)性的亞微米區(qū)測量性能，可測量的粒徑范圍為0.02～2000μm；數(shù)據(jù)采集速率高達(dá)1000次/秒，且測量重復(fù)性和準(zhǔn)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(dāng)光束通過顆粒形成散射光，散射光經(jīng)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(chǎn)生的散射光強(qiáng)度，同時光電轉(zhuǎn)換器將測得的光信號轉(zhuǎn)換成電信號后傳給計算機(jī)，測試軟件應(yīng)用米氏散射理論對接收到的電信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化成顆粒的粒度分布信息。測量結(jié)果最終由計算機(jī)輸出，通常使用顆粒粒徑體積豐度級分布圖與頻率分布數(shù)表達(dá)[12]。

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