粒度分析技術(shù)：激光粒度分析儀

   激光粒度分析儀，是指以激光作為探測光源的粒度分析儀器。到目前為止，至少有4種不同原理的這類儀器，分別是：
　　（a）基于靜態(tài)光散射原理，即利用不同大小的顆粒對光的散射有不同角分布的原理測量顆粒的大小；
　　（b）基于動態(tài)光散射（光子相關(guān)光譜）原理，即微小顆粒（通常小于1 μm）在液體中的布朗運動會引起散射光的頻率移動（或相位變化），來自不同散射體的光相互干涉，使得某觀察點上散射光強隨時間變化，從而獲得顆粒大小的信息；
　　（c）光阻法顆粒計數(shù)器；
　　（d）光脈動法粒度儀。

　　目前人們常說的激光粒度儀，由于約定俗成的原因，是指（a）基于靜態(tài)光散射原理的儀器，上通稱“衍射法儀器"。

　　光的波動性導(dǎo)致它在傳播過程中遇到障礙物時會偏離直線傳播方向，繞過障礙物。相對于光波長，障礙物越小，這種現(xiàn)象越明顯，這就是光的衍射現(xiàn)象。光學中的“衍射"一詞是從機械波的“衍射"引用過來的，是在光的電磁波理論建立之前，對光的波動性初步的、不成熟的認識產(chǎn)物。現(xiàn)在大家都知道，電磁波與機械波屬于兩種不同性質(zhì)的波動，用“衍射"理論描述光繞過障礙物的現(xiàn)象只是在一定條件下的一種近似。光的電磁波理論建立后，對于平行光（平面波）繞過球形均勻障礙物（顆粒）傳播的現(xiàn)象，已經(jīng)可以用嚴格的電磁波理論描述，并能得到嚴格的解析解。這一理論稱為米氏散射理論。

　　“散射"與“衍射"都是對光繞過障礙物現(xiàn)象的描述，不同的稱呼只代表不同的物理理論。它們的區(qū)別在于：
　　（a）前者是嚴格的，后者是一種近似；
　　（b）前者按照顆粒本來的光學形態(tài)，考慮了顆粒的三維特征和光學特性（吸收系數(shù)、折射率），而后者只考慮顆粒在入射光傳播方向上的投影，沒有顧及其三維性和光學特性；
　　（c）從結(jié)果上看，前者適用于在平面波入射的前提下，各種大小的顆粒在任意方向的傳播，而后者只適用于大顆粒（大于波長的5倍以上）在小角度內(nèi)（小于5°）的傳播。

　　因為衍射理論的數(shù)值計算相對比較簡單，所以早期的激光粒度儀都采用衍射理論，這也是靜態(tài)光散射儀器習慣上又稱為衍射法粒度儀的原因。近年來。隨著米氏散射理論數(shù)值計算方法的不斷*，人們已經(jīng)可以用的米氏散射理論計算散射光的分布。因此，不論從物理實質(zhì)看，還是從現(xiàn)實操作看，激光粒度儀都應(yīng)該稱為“靜態(tài)散射"原理的儀器，而非“衍射"原理的儀器。

　　盡管“衍射"或“散射"現(xiàn)象及其理論早在150年前就被發(fā)現(xiàn)，但是要把這種現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成商品化的儀器還必須具備兩個條件：一是方向性、單色性好和亮度高的激光器；二是成本低廉、運算速度足夠高的微型計算機。激光器發(fā)明于1960年，隨著二十世紀70年代初蘋果微型計算機的出現(xiàn)，商品化的激光粒度儀也隨之在上個世紀的70年代出現(xiàn)。激光粒度儀由于其原理上的優(yōu)勢，相比當時已有的各種原理的粒度測試儀器，具有測量速度快、測量（動態(tài)）范圍寬、精度高、操作簡便等特點，從而迅速成為世界范圍內(nèi)用途廣泛的粒度檢測儀器。

　　中國的激光粒度儀的研究始于上世紀80年代初，天津大學承接了國家“六五" 科技攻關(guān)項目，并開始了以實用化儀器為目的的激光粒度儀的研究（當時命名為“激光快速滴譜儀"），先后研制了多種焦距的付里葉透鏡、環(huán)形光電探測器陣列等關(guān)鍵器件，解決了光電信號處理、Rosin-Rammler數(shù)據(jù)反演算法等技術(shù)難題，并于1987年研制成功DP-01型儀器，通過了科技部的技術(shù)鑒定。差不多在同一時期，國內(nèi)多家高校和研究所也開始了激光粒度儀的研究工作，例如上海機械學院（現(xiàn)為“上海理工大學"）、丹東儀表研究所、四川輕工研究院、山東建材學院等。之后，從原先各高校和研究所先后分立出多家按商業(yè)化模式運作的公司，如珠海歐美克、丹東百特、成都精新、濟南微納等等，這些公司逐漸發(fā)展為國內(nèi)市場激光粒度儀的主要提供者。

　　在儀器的商品化方面，國內(nèi)已經(jīng)有幾家比較有實力的制造公司成長起來，自主創(chuàng)新已經(jīng)受到多數(shù)企業(yè)的重視，他們提供的產(chǎn)品基本能夠滿足國內(nèi)用戶的需要，除了占據(jù)國內(nèi)市場2/3以上的份額外，還有部分產(chǎn)品出口。

　　與國家的同行相比，國內(nèi)企業(yè)的差距主要表現(xiàn)為：
　　（1）產(chǎn)品品牌影響力不夠；
　　（2）對某些特定的樣品，儀器性能還有待改善；
　　（3）企業(yè)的理論水平和研究能力不足；
　　（4）未建立性的營銷網(wǎng)，因而還不能在范圍成規(guī)模地銷售產(chǎn)品。