粒径在线检测仪使用动态光散射原理,可以对纳米级别的分散体系进行测量获得粒度分布。PSS的Nicomp 380 OL系列机台结合了实验型机型(N3000)的优势,除传统的高斯分布外,更可以给出Nicomp多峰分布。动态光散射在线测量粒度的难题一是需要稀释,二是自动进样。PSS利用自动稀释技术成功解决了这两个难题,在纳米载药生产工艺中已有成功应用。其和实验室用机型一脉相承的数据处理软件更可以实现远程数据读取和分析,对关键工艺流程控制有优势。
粒径在线检测仪其组成部分主要包括以下几个方面:
一、采样系统
液体进样装置
蠕动泵:在许多粒径在线检测仪中,蠕动泵是常见的液体进样装置。它通过滚轮挤压软管,产生负压将液体样品吸入仪器。这种方式可以精确控制采样的流速,并且能够处理各种粘度的液体。例如,在对高粘度的浆料进行粒径检测时,蠕动泵可以稳定地输送样品。
注射器或定量移液装置:在一些需要精确控制样品量的场合,会使用注射器或者高精度的定量移液装置来进样。它们可以根据设定的体积准确地将样品注入到检测系统中,保证检测结果的准确性和重复性。
气体进样装置(针对气溶胶等气体样品)
气泵:用于抽取气体样品,通常采用无油真空泵,以避免油污对样品的污染。气泵的流量可以根据需要进行调节,以适应不同浓度的气溶胶样品检测。例如在检测空气中的超细颗粒物时,气泵可以以较低的流量长时间采样,确保能收集到足够数量的颗粒进行分析。
进样管路和过滤器:进样管路一般采用惰性材料(如聚四氟乙烯),防止与样品发生化学反应。同时,在进样管路中可能会安装过滤器,用于去除气体中的大颗粒杂质,保护后续的检测部件。
二、分散系统(针对固体样品或易团聚的样品)
超声分散装置
超声分散是常用的分散方法之一。超声波换能器在液体介质中产生高频振动,形成超声空化效应。这种效应能够产生强大的冲击力,将聚集在一起的颗粒分散开。例如在纳米材料粒径检测中,对于容易团聚的纳米颗粒,超声分散可以有效地将其打散成单个颗粒,以便准确测量粒径。
超声分散装置通常包括超声发生器和超声探头。超声发生器产生高频电信号,驱动超声探头产生超声波。超声探头一般由压电材料制成,如锆钛酸钡等,其频率范围可以从几十千赫兹到几兆赫兹不等。
机械搅拌分散装置
机械搅拌是通过搅拌桨的旋转来实现样品的分散。搅拌桨的形状和转速可以根据不同的样品特性进行选择。例如对于一些颗粒较大且不易团聚的样品,简单的低速搅拌就可以达到分散的目的;而对于一些容易沉降的颗粒,可能需要较快的搅拌速度来保持其悬浮状态。
机械搅拌分散装置通常还包括搅拌容器,容器的材料可能是玻璃、不锈钢等,要考虑到耐腐蚀性和易于清洗等因素。
三、检测系统
激光光源及光学元件
激光光源:激光是粒径检测中常用的光源,因为激光具有单色性好、方向性强、能量集中等优点。常见的激光波长有532nm(绿光)、633nm(红光)等。激光光源产生的激光束照射到样品颗粒上,会产生散射光。
光学透镜和滤光片:光学透镜用于聚焦激光束和收集散射光。滤光片则用于过滤掉杂散光,只让特定角度的散射光通过,以提高检测的信噪比。例如,在一些小角散射检测中,需要使用滤光片来筛选出小角度范围内的散射光,用于分析较大颗粒的粒径。
光电探测器
光电探测器用于将散射光信号转换为电信号。常见的光电探测器有光电二极管、光电倍增管(PMT)等。光电倍增管具有较高的灵敏度,适用于微弱散射光信号的检测。例如在检测超低浓度的纳米颗粒时,光电倍增管可以更好地捕捉到微弱的散射光,从而准确地测量颗粒粒径。
四、数据处理与显示系统
数据采集电路
数据采集电路将光电探测器输出的模拟电信号转换为数字信号。这通常通过模数转换器(ADC)实现。ADC的性能指标如分辨率、采样速率等会影响数据的准确性和实时性。例如,高分辨率的ADC可以更精细地量化散射光强度,从而提高粒径测量的精度。
计算机控制与分析软件
计算机是数据处理的核心部分。控制软件负责整个检测仪的操作流程,包括控制采样、分散装置的运行,设置检测参数等。分析软件则根据采集到的数据,利用预先建立的算法(如Mie散射理论算法、Fraunhofer衍射算法等)来计算颗粒的粒径分布。例如,根据Mie散射理论,软件可以通过分析散射光的角度和强度分布,反推出颗粒的大小和折射率等信息。
显示设备
显示设备可以是液晶显示屏(LCD)或阴极射线管(CRT)显示器等。它将计算得到的颗粒粒径分布结果以直观的方式(如图表、数据列表等)展示给用户。例如,在液晶显示屏上可以显示粒径分布曲线,包括不同粒径范围的颗粒体积分数或数量分数等信息。