3.3　粉尘粒径分布的测定装置

3.3.1 激光衍射粒度分析仪

激光衍射粒度分析仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象来测试颗粒的粒度分布的。当激光束遇到颗粒阻挡时，一部分光会发生散射。此时，散射光与主激光束间会形成一个散射夹角θ，其大小与颗粒的直径呈反比关系，即颗粒越大散射夹角θ越小。通常散射光的强度代表某直径颗粒的数量，散射光强随散射夹角θ的增加呈对数衰减规律。散射光强度I（θ）与颗粒直径的关系见式（3.6），根据所测得的I（θ）即可反求出待测样品的粒度分布n（R）[11]。

　（3.6）

式中，θ为散射夹角；R为颗粒半径；n（R）为颗粒的粒径分布函数；J ₁为第一型贝叶斯函数；K=2π/λ，其中λ为激光的波长。

本实验采用马尔文Mastersizer 2000激光粒度分析仪（型号为AWM 2000）测量粉尘样品的粒度分布。该仪器主要包括主机、进样器、计算机及马尔文测量软件。主机主要用来测量收集待测样品粒度大小的原始数据，主要部件包括激光光源、试样槽、光信号接收与光电转换器、光路系统监控器、电源、光学透镜等，如图3.2所示。进样器主要是将样品分散混匀并传送到主机进行测试，主要包括烧杯、搅拌器、抽取泵、样品返回口、样品输出口、超声器、泵臂、排出按钮、键盘控制板。马尔文测量软件可定义、控制整个测量过程，并同时处理测量的粒度分布数据，显示结果并打印报告[12]。AWM 2000的操作实现了完全智能化，通过点击鼠标在30s之内可完成从光路校正、背景扣除、数据采集到数据处理、报告生成等全部操作。该仪器采用高能量、高稳定性的He-Ne激光器光源；具备高灵敏度、高重复性的亚微米区测量性能，可测量的粒径范围为0.02～2000μm；数据采集速率高达1000次/秒，且测量重复性和准确性高；具备灵活多样的附件和配置，能满足各类干法或湿法样品的测量需求。

实验中，通过超声波振荡，将粉尘样品溶解于适量的去离子水中，配制成合适浓度的溶液。用激光照射样品溶液，当光束通过颗粒形成散射光，散射光经傅里叶或反傅里叶透镜照射到多元光电检测器的焦平面上，测量颗粒产生的散射光强度，同时光电转换器将测得的光信号转换成电信号后传给计算机，测试软件应用米氏散射理论对接收到的电信号进行处理，转化成颗粒的粒度分布信息。测量结果最终由计算机输出，通常使用颗粒粒径体积丰度级分布图与频率分布数表达[12]。

图3.2　马尔文Mastersizer2000激光粒度分析仪主机Fig.3.2 MalvernMastersizer2000laserdiffractionparticlesizeanalyzer