顆粒粒徑分析儀儀器組成與工作流程

 在材料科學(xué)、制藥、化工、食品、環(huán)境監(jiān)測(cè)和納米技術(shù)等眾多領(lǐng)域，顆粒的尺寸及其分布是決定產(chǎn)品性能、穩(wěn)定性與功能的關(guān)鍵參數(shù)。無(wú)論是藥物制劑的生物利用度、涂料的流平性、催化劑的活性，還是粉體的流動(dòng)性與溶解速率，都與顆粒的粒徑密切相關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒體系的精確表征，顆粒粒徑分析儀應(yīng)運(yùn)而生，成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)質(zhì)檢中核心設(shè)備。它如同科學(xué)家的“顯微之眼”，將肉眼無(wú)法分辨的微觀世界轉(zhuǎn)化為可量化、可分析的數(shù)據(jù)。

一、什么是顆粒粒徑分析儀？

顆粒粒徑分析儀是一種用于測(cè)量固體粉末、懸浮液、乳液或氣溶膠中顆粒尺寸及其分布的儀器。它不僅能提供顆粒的平均粒徑（如D50，即中位徑），還能給出完整的粒徑分布曲線（如D10、D90），從而全面反映樣品的均勻性與分散狀態(tài)。根據(jù)測(cè)量原理的不同，粒徑分析儀可分為多種類型，其中最主流的是激光粒度分析儀，此外還有動(dòng)態(tài)光散射儀、圖像分析儀、篩分儀和沉降法粒徑儀等。

二、主流技術(shù)原理

1.激光衍射法（Laser Diffraction）

這是目前應(yīng)用的粒徑分析技術(shù)。其原理基于夫瑯禾費(fèi)衍射理論和米氏散射理論：當(dāng)一束激光穿過(guò)顆粒懸浮液時(shí)，不同大小的顆粒會(huì)產(chǎn)生不同角度的散射光。通過(guò)分布在不同角度的光電探測(cè)器陣列捕捉散射光強(qiáng)分布，再利用反演算法計(jì)算出顆粒的粒徑分布。

優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量范圍寬（通常0.1μm–2000μm）、速度快（幾十秒內(nèi)完成）、重復(fù)性好、適用于干濕樣品。廣泛應(yīng)用于水泥、陶瓷、電池材料、制藥等領(lǐng)域。

2.動(dòng)態(tài)光散射法（Dynamic Light Scattering,DLS）

又稱光子相關(guān)光譜法（PCS），主要用于納米級(jí)顆粒（1 nm–1000 nm）的測(cè)量。其原理是檢測(cè)溶液中納米顆粒因布朗運(yùn)動(dòng)引起的散射光強(qiáng)度波動(dòng)，通過(guò)分析波動(dòng)頻率推算出顆粒的擴(kuò)散速度，進(jìn)而根據(jù)斯托克斯-愛因斯坦方程計(jì)算粒徑。

優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、樣品用量少、適合蛋白質(zhì)、外泌體、納米藥物等生物納米材料的表征。

3.靜態(tài)圖像分析法

通過(guò)高分辨率相機(jī)拍攝顆粒圖像，利用圖像處理軟件對(duì)每個(gè)顆粒進(jìn)行輪廓識(shí)別，直接測(cè)量其長(zhǎng)度、寬度、圓度等幾何參數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：提供形態(tài)學(xué)信息，可區(qū)分顆粒形狀（如球形、片狀、針狀），適用于復(fù)雜形貌的粉體分析。

4.沉降法與篩分法

沉降法基于斯托克斯定律，通過(guò)顆粒在液體中的沉降速度計(jì)算粒徑；篩分法則通過(guò)不同孔徑的篩網(wǎng)分離顆粒。兩者為傳統(tǒng)方法，精度較低，但成本低，適用于粗顆粒的初步分級(jí)。

三、儀器組成與工作流程

以激光粒度儀為例，其主要組成部分包括：

-激光光源：通常為He-Ne激光或半導(dǎo)體激光器；

-樣品池：濕法測(cè)量使用循環(huán)分散系統(tǒng)，干法測(cè)量使用氣流分散裝置；

-光學(xué)探測(cè)器：環(huán)形或陣列式光電傳感器，接收散射光；

-數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：內(nèi)置軟件進(jìn)行信號(hào)采集與粒徑反演計(jì)算。

典型操作流程：

1.樣品制備（分散于液體或氣體中）；

2.注入樣品池，啟動(dòng)分散與循環(huán)；

3.激光照射，采集散射光信號(hào)；

4.軟件分析并輸出粒徑分布報(bào)告。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

-制藥工業(yè)：控制藥物顆粒大小以優(yōu)化溶解速率與吸收效率；

-電池材料：正負(fù)極材料（如石墨、三元材料）的粒徑影響電化學(xué)性能；

-食品工業(yè)：奶粉、巧克力、調(diào)味品的口感與穩(wěn)定性與粒徑相關(guān)；

-環(huán)境科學(xué)：PM2.5、PM10等大氣顆粒物的監(jiān)測(cè)；

-科研領(lǐng)域：納米材料、高分子乳液、催化劑的開發(fā)與表征。

五、選型與使用要點(diǎn)

選擇粒徑分析儀時(shí)需考慮：

-測(cè)量范圍：匹配樣品的粒徑區(qū)間；

-分辨率與重復(fù)性：高精度儀器可區(qū)分相近粒徑的雙峰分布；

-樣品適應(yīng)性：是否支持干法、濕法、微量樣品；

-軟件功能：數(shù)據(jù)分析、報(bào)告生成、符合GMP/GLP要求。

使用中需注意：樣品充分分散、避免團(tuán)聚、選擇合適的折射率與分散介質(zhì)。

六、結(jié)語(yǔ)

顆粒粒徑分析儀不僅是科學(xué)研究的精密工具，更是工業(yè)質(zhì)量控制的重要保障。隨著材料技術(shù)向納米化、精細(xì)化發(fā)展，對(duì)粒徑分析的精度與智能化要求也在不斷提升。未來(lái)，集成人工智能、在線監(jiān)測(cè)與多技術(shù)聯(lián)用的粒徑分析系統(tǒng)將成為主流。掌握并善用這一“科學(xué)之眼”，將幫助我們更深入地理解微觀世界，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)。