粒度分布曲线

目前《中国药典》0982 粒度和粒度分布测定法仅收载了激光光散射法测定样品中的粒度分布，尚未收载动态光散射法和光阻法。各国药典均已收载动态光散射法和光阻法，且在《中国药典》丙泊酚乳状注射液、脂肪乳注射液（C14～24）等品种标准中已有应用。为此，《中国药典》增订上述两种方法，将进一步满足相关品种质量控制的需要。2023年12月12日，国家药典委员会将拟修订的《中国药典》0982粒度和粒度分布测定法第三法动态光散射法、第四法光阻法公示征求社会各界意见（详见附件），公示期自发布之日起三个月。第三法（光散射法）新增动态光散射法、新增第四法光阻法；第三法用于测定原料药、辅料和药物制剂粉末或颗粒的粒度分布，第四法用于测定乳状液体或混悬液的微米级粒子数量、粒度分布及体积占比。国家药典委员会截图本次标准草案的公示意味着动态光散射粒度仪（俗称纳米粒度仪）与光阻法颗粒计数器将被写进《中国药典》。动态光散射法当溶液或悬浮液中颗粒做布朗运动并被单色激光照射时，颗粒散射光强度的波动与颗粒的扩散系数有关。依据斯托克斯-爱因斯坦方程，通过分析检测到的散射光强度波动可以计算出颗粒的平均流体动力学粒径和粒度分布。平均流体动力学粒径反映粒度分布中值的流体动力学直径。平均粒径直接测定，既可以不计算粒度分布，也可以从光强加权分布、体积加权分布或数量加权分布，以及拟合（转换）的密度函数中计算得到。动态光散射的原始信号为光强加权光散射信号，得到光强加权调和平均粒径。很多仪器可通过对光强加权光散射信号的分析计算得到体积加权或数量加权的粒径结果。 在动态光散射的数据分析中，假设颗粒是均匀和球形的。本法测量范围为 1～1000nm。光阻法单色光束照射到颗粒后会由于光阻而产生光消减现象。应用基于光阻或光消减原理的单粒子光学传感技术进行测定。应用单粒子光学传感技术时，当单个粒子通过狭窄的光感区域阻挡了一部分入射光线，引起光强度瞬间降低，此信号的衰减幅度理论上与粒子横截面（假设横截面积小于传感区域的宽度），即粒子直径的平方成比例。用系列不同粒径的标准粒子与光消减信号之间建立校正曲线，当样品中颗粒通过光感区产生信号消减，可根据已建立的校正曲线计算出颗粒的粒度大小和加权体积。本法测量范围一般为 0.5～400μm，使用具有单粒子光学传感技术的仪器时，需知道重合限和最佳流速。重合限为传感器允许的最大微粒浓度（个/mL）。 上述两种方法的内容包括对仪器的一般要求和测定法，详见附件。附件 0982 粒度和粒度分布测定法第三法动态光散射法、第四法光阻法草案公示稿（第一次）.pdf

梅特勒托利多：用于测定颗粒粒度分布的筛分易巧称量件上市 -- One Click&trade 一键称量筛分分析解决方案 筛分易巧称量件是可放置在精密天平秤盘上的选配件，用于固定筛堆安全放置在天平正确的位置。 完整的One Click&trade 一键称量筛分分析解决方案 使用天平触摸屏上的One Click&trade 快捷键即可方便的启动方法。使用自动称量侦测，无需接触任何按键，筛子就能被连续称量。LabX在天平上提供了清晰的一步一步的指令，自动保存数据并进行计算。完整的解决方案专为您的流程需求而度身定制。12345一键启动任务筛分回称结果记录存档 通过触摸屏输入样品ID。通过SmartTrac&trade 指导样品称量。声音信号提示下一步筛分。显示分布的百分比。所有数据被自动记录下来。无需任何按键，称量所有空筛。暂停任务，在筛分震动器上完成筛分。自动计算出每个筛子所占质量的权重。更多计算出的结果，例如尺寸d50网格筛子。可随时打印定制的有图形曲线的报告。 详细信息，请访问梅特勒托利多网站：http://cn.mt.com/cn/zh/home/products/Laboratory_Weighing_Solutions/oneclick-weigh/OneClick_Sieve.html

近年来，粉末涂料以其固含量高、无挥发性有机物、生产过程能耗低、涂饰质量好等优点深受市场青睐。本文聚焦粉末涂料的生产和应用过程，探究粒度及粒度分布对产品性能的影响。粉末涂料生产过程的第一步是填料和树脂的熔融与混合，要求填料和树脂混和均匀又不发生局部固化反应。要实现这个要求，填料的粒径和粒度分布很重要。图1是两种不同粒度的二氧化钛填料。图1 二氧化钛A（x 50K）图1 二氧化钛B（x 200K）从图1看，填料A 的粒径明显大于B的粒径。理论上粒径小的填料B更容易混合均匀。然而，事实恰恰相反，是粒径大的填料A更容易混合均匀。为了探究出现这种反常现象的原因，本文利用丹东百特仪器公司的Bettersize2600 激光粒度分析仪来测试填料A和B的粒度分布。图2 Bettersize2600激光粒度分析仪图3 二氧化钛A和二氧化钛B的粒度分布如图3所示，填料B 的粒度分布很宽，既有少量微米甚至10微米级颗粒，又有大量亚微米甚至纳米级颗粒。这些亚微米和纳米颗粒导致填料B的比表面积很大，颗粒间相互作用力很强，导致内部团聚现象加剧。从图4的SEM图像可以看出，填料B的这些大颗粒是由小颗粒团聚而形成，树脂很难进到团聚的大颗粒中，这就是填料B反而更难混合均匀的原因。而填料A的粒径大部分在0.4-1微米之间，分布很窄且不团聚，树脂很容易分散在颗粒之间，所以更容易混合均匀。图4 二氧化钛A（x 5K）、二氧化钛B（x 50K）的SEM图像填料和树脂熔融混合之后，下一道工序是粉碎和分级。粉末涂料的粒径受到磨机、进料速度、气流条件和分级等影响。图5显示了不同的粉碎分级工艺（A和B）对产品粒度分布的影响。图5 工艺A（上）和工艺B（下）制得的样品的质量分数在图5中，工艺A为一次分级效果，粉末涂料主要由0 - 20 μm和20 - 80 μm的颗粒组成；工艺B为二次分级效果，粉末涂料几乎全部由20 – 80 μm的颗粒组成。说明二次分级能够有效降低粗端颗粒（ 80 μm）和细端颗粒（ 20 μm）的占比，得到粒度分布更窄的粉末涂料产品。为什么粉末涂料要求窄的粒度分布？因为在喷涂过程中，较大的颗粒速度快，率先落到工件表面，较小的颗粒运动速度慢，后落在涂层缝隙，两者恰到好处会形成优势互补，两者差距太大将影响喷涂质量，并且，粒径过细还容易吸湿成团，堵住喷枪，也容易漂浮在涂膜上产生气泡和针孔，影响成膜效果。结论高质量的粉末涂料与填料粒度分布密切相关，通过激光粒度分析仪能有效监测和控制填料的粒度分布，从而保证粉末涂料的性能和质量。

负极材料作为锂离子电池的核心材料，对锂离子电池的能量密度、充放电性能、循环性能、生产工艺等起着至关重要的作用。负极材料的主要技术指标包括粒度、比表面积、振实密度、真密度、灰分、pH值等。其中，粒度分布作为负极材料的重要技术指标，它还影响比表面积和振实密度，从而影响锂离子电池的生产工艺和综合性能。一、粒度分布对锂离子电池性能的影响负极材料的粒度分布主要从以下几个方面影响锂离子电池的生产工艺和性能：1、粒度分布影响体积能量密度负极材料的颗粒大小应当具有合适的粒度分布，体系中的小颗粒能够填充在大颗粒的空隙中，有助于增加极片的压实密度，从而提高电池的体积能量密度。2、粒度分布影响充放电性能负极材料的颗粒越小，锂离子嵌入时所需要克服的范德华力也就越小，嵌入越容易进行，而且颗粒越小，锂离子嵌入和脱出的通道越短，越有利于快速达到充分嵌锂状态，从而具有更好的充放电性能。3、粒度分布影响循环性能实验表明，颗粒越小的石墨负极有较大的初次容量，但不可逆容量也较大；随着粒径增大，初次充放电容量降低，不可逆容量减少。同时，石墨颗粒越小，与电解液接触的比表面积越大，初次充放电过程中形成的SEI膜所消耗的电荷就越多，不可逆容量损失也就越大。因此，合理的粒度分布不仅能够提升锂离子电池的初次容量和初次效率，而且能够提升锂离子电池的循环性能。4、粒度分布影响生产工艺负极材料的粒度分布会直接影响电池的制浆和涂布工艺。在相同的体积填充份数情况下，材料的粒径越大，粒度分布越宽，浆料的黏度就越小，这有利于提高固含量，减小涂布难度。颗粒的粒径以及分布宽度对浆料黏度的影响二、负极材料对粒度的要求在负极材料相关的标准中，对材料颗粒的粒度分布提出明确的要求，具体如下：三、欧美克高性能激光粒度分析仪如何满足锂离子电池材料粒度检测要求负极材料的研发、生产及来料检验普遍采用激光粒度分析仪进行粒度检测，选择高性能的激光粒度仪是获得准确粒度分布信息的重要保证。对于一款高性能的激光粒度分析仪，往往采用合理的光学结构、高性能的光电元器件以及科学的反演模型，从而体现出良好的重复性、重现性、真实性、分辨率等测试性能。珠海欧美克仪器有限公司从1993年开始从事激光粒度分析仪的研发、生产和应用，积累了丰富的激光粒度分析仪研发、生产和应用经验。从1999年开始，欧美克激光粒度分析仪系列产品在锂离子电池研发、生产领域逐步获得行业认可。下面，从几个小案例管中窥豹，看看欧美克如何匠心智造每一款产品，又是如何站在行业应用的角度为用户提供粒度解决方案的。1、大角散射光的球面接收技术（DAS）的应用确保散射光能信息的准确获取对少量的大/小颗粒及样品各个粒径组分的准确识别，需要仪器制造商在无盲区光学设计、高精度元器件、装配工艺、算法及软件智能控制上不断优化，提高产品分辨能力。例如早先的激光粒度仪将多个光电转换元件探测通道放置在一块或两块平面上，然而傅立叶透镜的聚焦面通常呈弧形分布，平面布置的探测器很难将所有角度的散射光能信息都准确地聚焦获取。以欧美克LS-609型激光粒度分析仪为例，在散射光能探测器的设计时，将常见的失焦影响较大的多个大角探测器通道以分个独立的方式放置在与其散射角相对应的傅立叶透镜焦点位置，保证所有散射光角度的信号都是无混杂的，提高了散射光分布角度分辨能力。与此同时，各个独立的探测器有利于在探测器上布置杂散光屏蔽装置，同时也防止了散射光在不同探测器上的相互干扰，进一步降低系统的噪声，提高细微差异的分辨能力。大角散射光的球面接收技术（DAS）2、优良的测试性能准确反映出测试样品的细微差别（1）Topsizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力欧美克Topsizer激光粒度分析仪测试含有少量大颗粒的石墨原材料的粒度分布图和粒度分布表如下图所示，可以看到对于体积含量在0.5%以下的极少量60-100μm的颗粒，以及体积含量在1%左右的2μm以下颗粒，均能够灵敏的检测出来其详尽的粒度分布。显示了Topsizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力，对于电池产品的安全性能和容量性能有更准确的指导意义。如果对于对少量小颗粒特别关注，在软件上，甚至可以采用数量分布替代体积分布的计算方法，进一步放大小颗粒的权重，对小颗粒数量上的变化进行更易识别的测试和生产质控。但需要注意的是，对于分布较宽的样品，由于大小颗粒在尺寸上差异本身就很大，同样体积的大小颗粒的数量相差将会异常大，取样和分散测量上的少许波动会导致测试结果数量分布上较大的偏差。下图是应用欧美克Topsizer激光粒度仪对D50为0.1μm左右的超细隔膜材料氧化铝的粒度测试粒度分布图。（2）LS-609激光粒度仪具有优良的重现性下图是欧美克LS-609激光粒度仪对磷酸亚铁锂3次取样分散测试粒度分布的叠加图，及特征粒径的统计结果，显示该仪器对磷酸亚铁锂的测试拥有优良的重现性。 此外，不同使用环境还可以选配不同的进样器，分析软件还具有用户分级、权限管理、数据完整性及可追溯功能，欧美克激光粒度分析仪真正做到了性能可靠、操作简单、维护量少，是值得信赖的高性能激光粒度分析仪。参考文献【1】沈兴志，珠海欧美克仪器有限公司，高性能激光粒度分析仪在电池材料测试中的应用【2】珠海欧美克仪器有限公司，激光粒度分析仪在锂离子电池行业中的应用【3】苏玉长，刘建永，禹萍，邹启凡，中南大学材料与工程学院，粒度对石墨材料电化学性能的影响【4】旺材料锂电，锂离子电池负极材料标准最全解读【5】中国粉体网，粒度对负极材料有什么影响？

在乳液聚合过程中，聚合产物粒度分布的演变过程反映了乳液聚合反应的进行程度，对实验的关键现象、聚合机理以及最终产物的性能均有很大影响。本文综述了乳液聚合过程中粒度分布的测量方法，包括现有的离线（off-line）、半在线（on-line）和在线测量（in-line）方法。对比分析了各种测量方法的原理、分辨率、性能、优缺点等。此外，还探讨了在线测量技术的困难和挑战，并给出了几种原理上可行的发展方向或解决方案。乳液聚合颗粒粒径一般小于500 nm，并且为了满足产品性能需求粒径分布可能会出现多峰，因此对测量方法的分辨率有较高要求；同时为满足生产过程中的实时调控，对粒径分布的测量时间提出更严格要求。为了缩短测量粒度分布的时间，开发了半在线和在线测量方法。离线测量方法需要手动采样等准备工作，它们主要包括（但不限于）光散射技术（例如，动态光散射，DLS）、显微镜技术（例如，扫描电子显微镜，SEM）和分离技术（例如，毛细管流体动力学分级，CHDF）。在所有的粒径分布测量方法中，尽管离线测量技术需要诸如采样等耗时的分析准备工作，其仍是使用最广泛的技术，但它不能实时反映乳胶的粒径分布。电子显微镜测量作为一种典型的离线测量方法，其测量结果是绝对且准确的，因此可以用作参考标准。目前，成熟的工业光学显微镜（例如共聚焦光学显微镜）的分辨率可以达到亚微米级（100 nm），其可以在一定的测量范围内代替电子显微镜进行离线粒径分布测量。以DLS为代表的光散射技术是一种相对方便的技术，在离线测量方法中测量时间最短，但不适用于测量多分散性体系。分离技术操作相对简单，适用于几乎所有的多分散体系，但是某些分离测量技术必须使用校准曲线。对于多分散体系，可以先使用分离技术将它们分为几个单分散组，然后再使用DLS技术进行精确测量。由于离线测量方法需要进行手动取样等准备工作，所以其非常耗时；为了缩短测量粒度分布的时间，开发了半在线和在线测量方法。与仅需要一个分析仪器的离线测量方法不同，半在线和在线测量方法通常需要一组设备来构成分析系统。半在线测量是将离线测量仪器连接到反应器以完成自动采样，稀释和其他准备工作。“自动连续在线监测聚合反应（ACOMP）”是一个具有代表性的半在线测量粒径分布系统。半在线测量在一定程度上缩短了测量时间，但仍然无法避免采样和其他准备步骤。在线测量技术不进行采样，其直接使用光学原理等技术来实时监测反应器中的乳液聚合过程以获取粒度分布。由于在线测量技术避免采样等耗时的准备工作，其测量时间进一步缩短；然而，乳液聚合过程中粒度分布的在线测量并不是一种“完善的”测量技术。目前，仅有少数报道尝试探索这种方法用于特定的乳液聚合体系，并且现在还没有成熟的商业应用工具。主要原因是现有仪器缺乏测量精度，无法在高浓度的多相系统中处理来自不同粒子相的重叠信号，或无法捕获运动粒子的清晰图像。论文给出了乳液聚合颗粒粒径分布在线测量的几种可行的发展方向和解决方案，如：（1）直接使用光学原理进行实时测量粒度分布，例如光散射技术。光源发出的激光直接与反应器中的聚合物颗粒相互作用，然后检测器接收光信号并完成光电转换，最后使用特定的算法对光电信号进行分析，以获得粒度分布。该方法的困难在于光散射技术的原理是基于单散射理论，因此对粒子浓度有特殊要求。如果使用此技术实时监控聚合物颗粒的粒度分布，则需修改反应配方以降低聚合物颗粒的浓度，以便消除来自不同颗粒的重叠信号。（2）使用光学显微镜对反应器中的胶乳直接成像并用高速相机拍摄，然后使用图像分析技术进行实时分析，从而实现在线监测粒度分布的演变。电子显微镜分析过程中样品不能含水，因此使用电子显微镜基本上不可能进行在线测量。高分辨率光学显微镜（例如共聚焦显微镜）对样品的要求比电子显微镜要少，因此有可能实现在线测量粒度分布。该测量方案的难点在于高速相机是否可以快速捕获高速移动的纳米级聚合物颗粒。同时，该方案的局限性在于它只能实时监测焦平面中的聚合物颗粒，并且对反应器有很高的要求（例如高透光率）。（3）尽管一些学者认为在线测量应该避免经验模型，但是软传感器技术是一种很有前景的在线测量技术。然而，这种方法的困难在于缺乏精确的在线测量设备去验证模型。一种可行的方法是全面且多方位研究特定乳液聚合反应体系以获得足够的粒度分布数据，然后与大数据或人工智能技术相结合，以预测或计算在新的工作条件下的粒度分布。作者及团队介绍张庆华，男，1980年12月生，中国科学院过程工程研究所副研究员、硕士生导师，中国科学院大学授课教师，中国化工学会过程强化委员会青年委员，中国化工学会混合与搅拌专业委员会委员。2005-2009年中国科学院过程工程研究所攻读博士学位，2019.2—2020.2美国Iowa State University访问学者（美国李氏基金资助），合作导师为国际著名多相流专家Rodney O Fox教授。主持或参加多项国家自然科学基金、863项目、国家重点研发计划等项目。发表论文30多篇，申请专利10余项，撰写专著一章（多相反应器模拟、放大和过程强化，第三章）。长期从事聚合反应工程、多相流的在线测量和数值模拟等研究工作。 杨超，男，1971年8月生，江苏睢宁人。研究员、博士生导师。2010年获国家杰出青年科学基金。科技部“中青年科技创新领军人才”。中国科学院绿色过程与工程重点实验室常务副主任、绿色化学工程研究部主任。1993年南京化工学院化工系毕业后硕博连读，1998年获博士学位（导师为时钧院士和徐南平院士）。1998—2000年中国科学院化工冶金研究所博士后，在陈家镛院士和毛在砂研究员指导下，从事多相过程数值模拟和反应工程研究。2005—2006年美国康奈尔大学高访（美国李氏基金资助）。2019年获国家科技进步二等奖，2016年获何梁何利基金科学与技术创新奖，2015年获国家技术发明二等奖，2014年获中国工程院光华工程科技奖-青年奖，2013年获中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖，2012年获日本化学工学会亚洲研究奖（SCEJ Asia Research Award），2011年获中国青年科技奖、中国科学院青年科学家奖，2010年获茅以升科学技术奖——北京青年科技奖，2009年获国家自然科学二等奖。2012年被评为全国优秀科技工作者，2015年获评中国科学院先进工作者。已发表SCI论文150余篇，出版英文专著1本，申请专利60余件，计算软件著作权29项。 研究团队多年以来一直应用多相流体力学、传递原理、反应工程等多学科方法，依据机理及验证实验、理论分析、数学模型和数值计算方法，开展多相搅拌反应器、聚合反应器和结晶反应器等的流动、传递、反应和传热的实验和数值模拟相关研究，在计算流体力学和计算传递学新方法、多相传递和反应耦合数学模型和数值模拟、多相体系的测量方法以及搅拌釜反应器内新型桨和内构件设计等方面有丰富的工作积累。获得2009 年的国家自然科学二等奖、2015年的国家技术发明二等奖和2019年国家科技进步二等奖。

p　　strongTesta Analytical Solutions注册公司发布了一份技术报告，描述了如何使用他们的BI系列圆盘式离心/沉降粒度仪精确测量碳黑样品的粒径。/strong/pp style="text-align: center "strongimg src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/d966dc87-88fd-44fd-852a-876a29b9fb20.jpg" title="BI-DCP圆盘式离心-沉降粒度仪.jpg" width="500" height="340" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 500px height: 340px "//strong/pp　　碳黑作为耐磨填料被span style="color: rgb(255, 0, 0) "广泛应用于轮胎制造业，以及许多其他橡胶材料的生产中/span。碳黑还被span style="color: rgb(255, 0, 0) "用作涂层、涂料、塑料、印刷油墨和黑色着色剂中的颜料/span。/pp　　由于碳黑聚合物的粒径分布(PSD)与分散体的热学及力学性能关系紧密，碳黑PSD的测量成为其质量控制的重要组成部分。span style="color: rgb(255, 0, 0) "尽管谱图上经常只出现单个峰，但非团聚态碳黑的典型粒径分布范围却十分宽泛，可从10nm到500nm以上。/span/pp　　作者介绍了使用圆盘式离心/沉降粒度仪测量粒径的原理，他们证明了为获取更精确测量的消光修正的重要性。/pp　　给出了ASTM系列碳黑参比材料(A4-F4)的结果，并比较了不同参比材料的差异。讨论了不同样品制备方式，给出了这些制备方式随时间的稳定性。/pp　　该报告的结论是，考虑到小粒径尺寸及典型分布的幅度，BI系列圆盘式离心/沉降粒度仪是测量碳黑粒径的优选仪器。BI系列圆盘式离心/沉降粒度仪不仅是一个坚固的仪器，且它的工作原理发展良好。如果进行了所有的修正，使用BI系列圆盘式离心/沉降粒度仪对碳黑样品粒径分布测量的精确性是非常卓越的。/p

p style="text-align: justify text-indent: 2em "粒度分布检测对于原料药和药物制剂的研发和质控至关重要，2020药典中也专门编写了0982的章节来介绍相关内容。在下面的视频中，仪器信息网将为大家详细解读新版药典对粒度分布测定的方法有重点要求和注意事项。/pp style="text-align: justify text-indent: 0em "script src="https://p.bokecc.com/player?vid=D3B65239FE49DDA39C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=350&playerid=621F7722C6B7BD4E&playertype=1" type="text/javascript"/scriptbr//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "通过上面的视频我们了解了2020药典对粒径分布测定方法和激光粒度仪的详细要求，但是正所谓光说不练假把式，实践才能出真知，快来仪器信息网a href="https://www.instrument.com.cn/zc/470.html" target="_self" style="color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline "strongspan style="color: rgb(0, 176, 240) "“激光粒度仪专场”/span/strong/a选择一款心仪的，且符合药典要求的仪器，开始你的粒径分布检测之旅吧。/pp style="text-align: center "a href="https://www.instrument.com.cn/zc/470.html" target="_self" style="color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline "strongspan style="color: rgb(0, 176, 240) "激光粒度仪专场/span/strong/a/pp style="text-align: center "示例仪器：/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/c43e1eae-8910-4f9a-a027-baa2a172e848.jpg" title="马尔文帕纳科.jpg!w300x300.jpg" alt="马尔文帕纳科.jpg!w300x300.jpg"//pp style="text-align: center "strong马尔文帕纳科：/strongstrongspan style="background-color: rgb(255, 255, 255) font-family: " microsoft="" font-size:=""a href="https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100646/C142974.htm" target="_self"Mastersizer 3000/a/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "仪器量程达到0.01μm-3500μm，而无需更换透镜。检测器采用非均匀交面积补偿，扇形排列技术。辅以前向、侧向、背向三维立体检测器。物理检测角度为0.015-144° 。仪器还融合了多项专利技术：全密封防尘光路设计技术、同轴式双光源注入及能量稳定技术、样品池发射监测及补充技术、样品池反射监测及补偿技术、附件自动识别及即插即用技术等。/span/pp style="text-align:center"strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/25fb0a9f-4b77-4b70-9ced-d7de82a79028.jpg" title="丹东百特.jpg" alt="丹东百特.jpg"//strong/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong丹东百特：/strongstronga href="https://www.instrument.com.cn/netshow/C277103.htm" target="_self"Bettersize2600/a/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "仪器采用百特研发的正反傅里叶结合光路系统的智能化激光粒度仪。正反傅里叶结合光学系统的特点是用单激光束实现了前向、侧向和后向散射光信号的全角度接收。仪器还采用了样品折射率测量计技术、自动对中技术、防干烧超声波分散技术、SOP技术、大功率偏振光等技术。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/8f71e771-c926-4e31-9fa6-059fe589ba0d.jpg" title="sync.jpg" alt="sync.jpg"//pp style="text-align: center "strong麦奇克：/strongstronga href="https://www.instrument.com.cn/netshow/C284014.htm" target="_self"Sync/a/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "仪器具有激光衍射法和动态图像分析法两种分析方法，可同步分析颗粒大小和形态，同一仪器，相同样品，同一管路，同一样品池，一次运行，至少得到多于30种粒度大小和形态的参数。另外仪器还集成了专利的三激光设计，可以是全红激光，全蓝激光或者红激光和蓝激光混合使用。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/c6515e75-2c47-4b0d-b8b6-1a1645ceaa21.jpg" title="欧美克.jpg" alt="欧美克.jpg"//pp style="text-align: center "strong珠海欧美克：/strongstronga href="https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100546/C321000.htm" target="_self"Topsizer Plus/a/strong/pp style="text-indent: 2em "仪器采用双光源设计，红光主光源为进口氦-氖激光器，波长0.6328μm；并有半导体蓝光辅助光源，波长0.466μm。密闭式直线光路系统无多余反射光学部件造成的杂散光，亦无粉尘污染干扰。仪器探测通道数多达103个，由前向、侧向、大角度和后向光电探测器组成三维立体检测系统，探测角大于140度，最小探测角0.016度。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/9d1aab83-1fd1-48ad-89e0-3697281bb8d7.jpg" title="新帕泰克.jpg" alt="新帕泰克.jpg"//pp style="text-align: center "strong新帕泰克：/strongstronga href="https://www.instrument.com.cn/netshow/C11776.htm" target="_self"HELOS-RODOS/a/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "仪器具有独创的RODOS专利干法分散系统，可以直接将细达0.1微米的颗粒分散成单个颗粒后送入测试区域，特殊的能量控制系统，对输入气流可以进行控制，有效解决分散不同特性样品的问题。HELOS主机系统使用平行光路设计，避免因测量区域的限制造成二次团聚和污染。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/d3d20c17-af55-4fa7-9a81-4f7fd70390e9.jpg" title="HORIBA.jpg" alt="HORIBA.jpg"//pp style="text-align: center "strongHORIBA：/strongstronga href="https://www.instrument.com.cn/netshow/C401922.htm" target="_self"LA-960V2/a/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "仪器 采用双固体光源――LD(650nm，5mW)和LED(405nm，3mW)配置。量程为0.01至5000μm。仪器内置自动加液泵能够分低、中、高自动加液，并且配合样品浓度监视系统自动调整样品浓度，进一步提高自动化程度和操作速度。 /pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/5ca81c7c-ca67-4634-828e-0a5b7fba567d.jpg" title="贝克曼库尔特.jpg" alt="贝克曼库尔特.jpg"//pp style="text-align: center "strong贝克曼库尔特：/strongstronga href="https://www.instrument.com.cn/netshow/C192849.htm" target="_self"LS13320/a/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "仪器配备了高达132枚独立物理位置检测器，对应高达136个真实数据通道，能够清晰区分不同粒度等级间散射光强谱图差异。专利设计的X型对数排布检测器阵列，可以准确记录散射光强信号。仪器还具有创新的Zero-Time即时光学模型系统，只需一秒即可建立新的光学模型。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/5b20ea8f-b8d3-45f6-b625-d64e6b814fb6.jpg" title="真理光学.jpg" alt="真理光学.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong真理光学：/strongstronga href="https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104201/C289394.htm" target="_self"LT3600/a/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "仪器加持了偏振滤波技术、衍射爱里斑反常变化（ACAD）的补偿修正技术、斜置梯形测量窗口、格栅式超大角检测技术、粒度分析模式优化及自适应技术、双驱动进样分散集成技术等多项创新和专利技术。用全息信号同步处理技术，实时测量速度最高可达每秒20000次。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "更多仪器欢迎点击进入a href="https://www.instrument.com.cn/zc/470.html" target="_self" style="color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline "strongspan style="color: rgb(0, 176, 240) "激光粒度仪专场/span/strong/a了解。/p

2009年9月9日，丹东市百特仪器有限公司承担的科技部2007年创新基金项目——宽域智能激光粒度分布仪（立项代码07c26212100126）顺利通过科技部委派的验收专家组验收。9日上午，专家组一行7人来到了百特公司，他们参观了百特公司仪器生产、检测和研究现场，听取了总经理董青云先生的汇报，对照立项合同对项目投资完成情况、技术指标、财务指标、市场前景等方面进行了认真审查。综合各方面的情况，专家认为百特公司完成了合同规定的各项技术指标和经济指标，一致决定通过验收，同时希望百特公司运用好项目所取得的技术成果，继续开拓市场，争取更大的经济效益和社会效益。总经理董青云感谢省市科技主管部门和服务部门的领导和专家在项目实施过程中给予的指导和帮助，并表示将继续努力，为中国粒度测试技术赶超世界先进水平作出更大的贡献。

纳米颗粒因尺度效应而具有传统大颗粒所不具备的独特性能，被广泛应用于生物医药、化工、日用品、润滑产品、新能源等领域。而纳米颗粒的粒度形状分布，直接关系到相应产品的性能质量及安全性，需要进行准确的测量表征。扫描电子显微镜（SEM）作为最直观、准确的显微测量仪器之一，在纳米颗粒测量表征中不可或缺。本标准等同采用ISO 19749：2021《Nanotechnologies — Measurements of particle size and shape distributions by scanning electron microscopy》，从很大程度上完善和补充国内现有标准的不足，给出较为完整的颗粒粒径测量的分析评价方法，对于采用不同扫描电子显微镜（SEM）得到的颗粒测量结果一致性评判，具有重要的参考价值。视具体需求以及仪器性能而定，本标准中涉及到的方法，也适用于更大尺寸的颗粒测量。一、背景纳米颗粒形态多种多样，很多情况下也会存在聚集、团聚的现象，这为SEM的观测与分析带来了较大的挑战。由于不同设备、不同人员的操作习惯以及采用不同分析策略所引起的粒度粒形测量结果的一致性问题也十分值得探讨。现行的相关国家标准大多关注采用SEM手段对特定被测对象的特征进行测量、表征、区分、定义等，具有较强的针对性，但缺乏系统性，特别是对设备性能的计量评定、样品处理及制样过程、图像处理的依据、测量结果的准确性与统计性等技术内容并未给出更为充分的、本质的、系统的说明。二、规范性引用文件本标准在制定过程中，在符合等同采用国际标准的要求的基础上，充分参照了现行相关国家标准中的相关术语及技术内容的表述，包括计量学、粒度分析、数理统计、微束分析、颗粒表征、纳米科技等各个专业领域；同时，在一些习惯性表达上，也充分征求了行业专家、资深从业者、用户的意见和建议，力求做到专业、通俗、易懂。三、制定过程本标准涉及的专业领域较为广泛，因此集合了国内相关领域的一批权威代表性机构和企业合作完成。牵头单位为中国计量科学研究院，主要参加单位包括国家纳米科学中心、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京理化分析测试中心）、山东省计量科学研究院、卡尔蔡司（上海）管理有限公司、北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司、中国检验检疫科学研究院、北京粉体技术协会等。对于标准中的重要技术内容，如SEM性能验证方法、典型样品（宽窄分布颗粒样品）制样方法、比对报告中涉及的颗粒测试及统计方法（算法）等均进行了方法学验证，验证了标准中相关技术操作的可行性。修正了ISO 19749：2021中的一些编辑性错误。四、适用范围本标准适用于各类纳米颗粒及其团聚、聚集体，甚至更大尺寸颗粒的粒度及形状分布测量。前提应将SEM作为一个测量系统进行评定，以确定所用SEM的性能范围，这包括设备自身的扫描分辨力、漂移、洁净度等特性。同时，也取决于观测者所需要的测量准确性。高的测量准确性需要高性能的SEM设备+高精度校准+洁净的样品前处理+匹配的测试参数+足够多的被测颗粒数量+合适的阈值算法，其中每一步都会影响最终的测试结果。因此，根据实际工作中对测试结果准确性、重复性和一致性的需求，可对上述环节进行不同程度的限定。五、主要内容本标准涉及的主要内容覆盖SEM测量颗粒粒度及形状分布的全流程，从一般原理到设备校准，样品制备到测试参数选用，图像采集到数据处理，均给出了较为详细的阐述，并在附录中给出了实用的案例。术语及定义：包括纳米技术的通用术语，图像分析、统计学和计量学专业核心术语、SEM核心术语等。一般原理：概括性地介绍了SEM成像原理及粒度、粒形测量原理。样品制备：较为系统地介绍了典型的粉末及悬浮液从取样、制样到分散的过程，并重点阐述了颗粒在硅基底和TEM栅网上的沉积方法。可根据需求，采用几种不同层次的硅片清洗与处理方法，一方面确保硅片的洁净，另一方面可使其表面带有正电或负电的捕获分子层，以确保颗粒在硅片上的有效分散。必要时采用TEM栅网，可提高颗粒与背底的对比度。考虑样本颗粒数量时，一般而言假设颗粒是对数正态分布的，本标准给出了一个颗粒数与误差和置信区间的计算公式可供参考。SEM设备的评价方法：给出了SEM成像能力的影响因素，包括空间分辨率、漂移、污染、水平垂直范围及线性度、噪声等，具体的验证方法在附件中有较为详细的描述，此外也可依照其他相关的技术规范或标准定期进行校准。图像采集：重点给出了不同粒度测量时放大倍率和像素分辨率的选择策略，取决于实际的测量需求。测量者需要充分考虑要求的误差和放大倍率来计算所需的像素分辨率，当颗粒分布较宽时可能有必要在不同放大倍率下进行拍摄，以兼顾颗粒的测量效率及测量精度。颗粒分析方法：手动分析可能准确率很高，能较好地界定测量区域以及筛选合格的颗粒（例如单分散颗粒体系中去除黏连颗粒），但采用软件自动处理往往更为高效。采用软件处理时，阈值的设定会对颗粒的筛选、粒度的大小产生较为关键的影响，必要的时候可以采用自动处理与手动处理相结合的方式。数据分析：给出了筛选数据可采用的统计学方法（方差分析、成对方差分析、双变量分析等方法）、模型拟合方法的参考，重点讲解了不确定度的来源与计算。结合60 nm颗粒测量结果，阐述了典型的不确定度来源。在上述基础上，给出了测量报告的信息及内容。本文作者： 黄鹭 副研究员； 中国计量科学研究院 前沿计量科学中心 Email:huangl@nim.ac.cn常怀秋 高级工程师； 国家纳米科学中心 技术发展部 Email：changhq@nanoctr.cn

时间：2018年12月12日 14:00 - 15:00内容简介：作为应用领域最广的粒度分析设备，激光衍射粒度仪有着其它粒度分析设备没有的更宽的测量范围，更高的重复性，更快的测量速度以及更简便的操作。但我们所测样品种类繁多，粒度分布极广，所以如何确保仪器上下限粒度的极限测量？如何确保快速准确区分单峰、多峰样品？如何简化并规范操作流程？这些都是我们关注的焦点。 本讲座将通过对样品的前处理探讨，以及测试过程中对激光粒度仪LS 13 320 XR软硬件设计的详细剖析，为您快速获知任何所测样品的准确粒度分布提供有力保障。主讲人简介：史艳轻产品应用技术专家 贝克曼库尔特生命科学市场部 在粉体制备、颗粒表征以及颗粒特性产品应用领域工作多年，有着丰富的样品颗粒分析和检测经验，现为贝克曼库尔特公司颗粒特性和计数产品专员，负责颗粒产品的技术和应用开发等相关工作。美国贝克曼库尔特公司于1997年由贝克曼公司和库尔特公司合并成立，现已成为世界著名的颗粒分析仪器公司。作为颗粒特性分析领域的先驱和领导者，贝克曼库尔特专注于为全球用户创造卓越的价值。众多应用领域如食品、制药、化工等和国际组织如美国ASTM，国家航空航天局 （NASA）等均将贝克曼库尔特的技术和产品定为标准方法或质量控制的专用仪器。秉承“为全球客户提供富于创新和值得信赖的科学解决方案”的使命，贝克曼库尔特不忘初心，不断创新，致力于为客户提供完整领先的颗粒表征及粒度分析解决方案。

由丹东市百特仪器有限公司承担的“宽域智能激光粒度分布仪”项目，获得2007年第一批国家科技型中小企业技术创新基金项目资助，立项代码是12307C26212100127。据悉，这是近年来创新基金首次立项资助高性能激光粒度仪研制项目，表明丹东市百特仪器有限公司自主开发新产品和技术创新能力达到了一个新的高度。　　目前，激光粒度仪的发展趋势是向大量程、智能化方向发展，发达国家的激光粒度仪制造商都已经完成了产品更新换代工作，仪器量程已经涵盖从纳米到毫米的广阔粒度范围，智能化和自动化程度也达到了前所未有的程度。国内需求的大量程智能化激光粒度仪几乎全部依赖进口。丹东市百特仪器有限公司研制的宽域智能激光粒度分布仪，测试范围达到0.04-600微米，实现了粒度测试自动化、智能化。这种宽域激光粒度分布仪的立项和研制成功，是国产高性能激光粒度仪迈出的可喜的一步。

p style="text-indent: 2em "近几年，塑料工业与钛白粉可谓焦不离孟。在世界范围内超过500家的钛白粉牌号中，专属于塑料用的就超过50个，而高达6%的年均增长率，也让塑料工业成为使用钛白粉增速最快的领域，并“荣膺”钛白粉的第二大用户。有材料应用的地方自然就有相配套的指标、参数考衡，粒径粒度分布和颗粒形状就显著影响着塑料用钛白粉的关键指标。而塑料用钛白粉的粒径恰好处于激光粒度仪大展身手的范围内，因此对于钛白粉在塑料工业中的应用，业内人士不妨给予更多的瞩目。/pp style="text-indent: 2em text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/5a1cc424-4105-479d-975f-1e95fbaa5764.jpg" title="激光粒度仪 钛白粉.jpg"//pp style="text-indent: 2em "众所周知，钛白粉的学名是二氧化钛，具备优良的白色性能，高遮盖力和高消色力，被广泛应用油墨、造纸、涂料、油漆等行业，享有“白色之王”的美誉，这正是钛白粉在塑料制品中得以应用的重要原因，即钛白粉可以决定浅色或白色塑料制品的外观。当然钛白粉于塑料还有很多其他好处，比如提高塑料制品的耐热、耐光、耐候性能，使塑料制品免受UV光的侵袭，改善塑料制品的机械性能和电性能等。几乎所有热固性和热塑性的塑料中都会使用钛白粉，它们既可以与树脂干粉混合，也可以与含增塑剂的液体相混合，用量一般在3-5%左右，聚烯烃类(主要是低密度的聚乙烯)、聚苯乙烯、ABS、聚氯乙烯等莫不如是。/pp style="text-indent: 2em "在塑料工业中衡量钛白粉的质量主要有四大指标——遮盖力、分散性、耐候性和白度。钛白的遮盖力越好，生产出的塑料制品就越轻薄；分散性则影响塑料制品生产成本，钛白粉的分散性越好，塑料制品的光滑度和光亮度就会越高；具备良好耐候性的钛白粉，则对室外使用的塑料制品以及塑料门窗是必不可少的。/pp style="text-indent: 2em "最后一大指标就是白度了，所谓白度是指距离理想白色的程度。影响钛白粉白度因素主要有以下几点。第一点是杂质，在钛白粉工艺中，尤其是硫酸法钛白粉工艺，大部分的作业是为了除去产品中的杂质，因为杂质严重影响钛白粉的应用性能，特别是白度。显色金属氧化物杂质在极低的含量下就能影响白度，这些元素有铁、锰、铬、铜等，这些杂质本身就带有颜色，在白色的钛白粉中极易显色。/pp style="text-indent: 2em "第二点就是粒径和粒度的分布了，他们主要是通过钛白粉颗粒对光的反射、散射等现象影响其白度的。钛白粉的粒径越小，白度值越高，这主要是由于钛白粉粒径越小，表面积增大，光的反射、漫反射增强。根据光波的特性，当颜料粒子的粒径小于光波的一半时可以获得对该波长的色光的最大散射，经分析，对波长蓝色光散射最好的粒径在0.2μm左右，波长较长的红色光散射最大的粒径在0.35μm左右，因此，小粒径的钛白粉的散射光呈蓝相，而透过光则为蓝色的补色红黄相，反之，大粒径的钛白粉散射光为红相，透过光为蓝相。通常涂料用钛白粉的粒径为0.2~0.4μm，而大多数塑料用钛白粉粒径都较细，粒径为0.15~0.3μm，因为这样可以获得兰色底相，对大多数带黄相的树脂或易泛黄的树脂有遮蔽作用。/pp style="text-indent: 2em "此外，颗粒形状、钛含量、包膜剂对钛白粉的白度都有一定影响。其中，粒形对白度的影响比较小，一般来说，层状钛白粉的白度略低，球状和杆状的白度略高。而二氧化钛含量的升高，钛白粉白度值也升高，铝、硅、锆等包膜剂含量升高，钛白粉白度值下降。/pp style="text-indent: 2em "值得一提的是，在塑料色母粒的生产工艺中，钛白粉的白度也是一项重要质量指标，塑料色母粒是一种高浓缩、高效能的颜色配置品，即颜料以超常浓度均匀分布在载体树脂中，并形成一定粒径的颗粒。它主要由核心层(颜料)、偶联层(偶联剂或表面活性剂)、分散层(润滑剂或分散剂)、增混层(载体树脂)等组成，在塑料中作为染色剂使用，广泛用于吹膜、注塑、热压、注塑等塑料制品的生产，色母粒着色效果优越，使用方便，节约能源，使用时无粉尘和污水，因此备受用户的青睐。色母粒是作为工业原料，性能优劣通常是在后续产品应用中表现出来(如吹膜或注塑)，因此，钛白在色目粒中的性能也主要体现在色母粒的应用过程中。钛白的着色能力、分散性、加工性能、白度都会对色母粒的应用产生重大影响，顺理成章地，也少不了对钛白粉粒度分布的检测。/pp style="text-indent: 2em "strong结语：/strong激光粒度仪作为目前最流行的粒度测量仪器，已在粉体工艺中发挥着越来越重要的作用，随着米氏散射理论在各品牌激光粒度仪中的应用越来越广泛，已经对亚微米级的塑料用钛白粉有充足的适配性。随着钛白粉在塑料工业中的需求越来越大，对这一市场大蛋糕的进一步经营和开拓，或许值得激光粒度仪的厂商们好好思考。/p

春华秋实，丹桂飘香。对辛勤耕耘者来讲，金秋的十月注定是一个繁忙又充满收获的季节。经过国外用户为期半年的严格测试，丹东百特仪器有限公司制造的产品——Bettersize3000Plus激光图像粒度粒形分析仪，在与多个国际品牌粒度仪同台竞技中脱颖而出，在某跨国公司集团采购中顺利中标。10月15日，经过严格检验的12台Bettersize 3000Plus激光粒度粒形分析仪整齐列队，带着百特人的智慧和信心，踏上了出口德国的、奔赴海外的旅途。Bettersize3000Plus是丹东百特在激光粒度仪中增加显微图像系统形成的粒度粒形二合一分析系统，既能测粒度又能测粒形，其优越的性能受到国内外用户的好评和瞩目。自2018年起，这种性能优良颗粒分析仪先后出口到德国、美国、俄罗斯、法国、巴西、比利时、韩国、捷克等十几个国家，用户包括非金属矿粉体材料、电池材料、陶瓷、水泥、土壤、大学、研究机构等。这次批量出口的12台仪器，将最终分配到美、欧、亚等多家工厂，标志着百特激光粒度仪进入国际主流市场。Bettersize 3000Plus激光图像粒度粒形分布仪采用斜入射双镜头专利技术，结合前向、侧向和后向散射光探测技术，实现了全角度散射光的探测，加上采用的大功率短波长偏振光源，是一种性能卓越的激光粒度仪。其中显微成像系统采用高性能消色差物镜、远心镜头和高速摄像机，成像清晰，即拍即得，又是一种显微图像粒形分析仪。仪器的测试范围达0.01-3500μm，并且准确性和重复性好、分辨力高、操作简便。Bettersize 3000Plus激光图像粒度粒形分析仪之所以得到国内外用户的青睐，是因为它有许多独特的功能。一是能通过显微图像系统准确捕捉D100（即最大粒径），弥补了常规激光粒度仪无法测试D100的缺憾；二是在测粒度的同时能得出粒形参数，如长径比、圆形度等，一机多用；三是能测量样品的折射率，保证了粒度测量准确性；四是具有“一键操作”功能，只要点击“自动测试”按钮，系统就能自动测试、自动进水、自动排水、自动消泡、自动清洗等。集这些“绝招”于一身的仪器，被跨国公司选中就是自然而然的事了。丹东百特是致力于颗粒测试技术研究和仪器制造26年，百特仪器在国内外市场保有量超过20000台，是世界粒度粒形仪器市场保有量最多的品牌之一，为制药、化工、涂料、农药、食品工业等行业带来粒度控制、粒形研究、粉体特性评价等全方位的解决方案。多年来公司获得73项专利和21项软件著作权，并有一百余项仪器制造专有技术，具有完全自主知识产权和产业化体系。丹东百特通过持续创新和诚信经营，提升了中国品牌在国际科学仪器市场中的地位，展现了中国粒度仪器大步走出国门、走向世界的新形象。

农药是重要的农业生产资料，在有效防治病虫草害，保障粮食产量、安全方面发挥重要作用。但是农药利用率低下，大部分通过径流、渗漏、飘移等流失，对环境、生物及人体健康构成威胁。为降低农药使用量同时提高利用率，自2015年以来，农业农村部深入开展化肥农药使用量零增长行动，推进化肥农药减量增效。研究发现，农药制剂有效成分在喷施后形成的微粒粒度是影响药效的关键因素之一，合理控制粒度可充分发挥农药的药效潜能。为探究制剂粒度对农药施用效果的影响，近日，仪器信息网走进中农立华生物科技股份有限公司农药应用研发中心，与中心主任张小军博士进行了深入交流。中农立华农药应用研发中心主任 张小军博士10年间，中农立华生物科技股份有限公司从不足10亿元发展到66.4亿元，从原药、联销、分装，延伸到制剂研发、应用技术、农药出口、植保机械… … 2019年，公司十周年高峰论坛上，面对环保高压、新《农药管理条例》、供给侧结构改革等给农化行业发展带来巨大的影响，中农立华确立打造“科技立华、服务立华、绿色立华”以更好地服务三农。为落实科技创新战略，2020年10月，中农立华农药应用研发中心实验室落成，研发中心设有制剂研发、产品化学检测、残留化学检测实验室三个区域，致力于制剂技术、植物保护产品及分析检测技术的研究和应用，将进一步促进公司各业务板块协同发展，为公司和行业提供更多技术支持与服务。中农立华农药应用研发中心主任 张小军博士主要从事农药制剂研发、分析及应用技术工作，从业经历近20年，为国务院政府特殊津贴获得者。农药减量增效的关键在于“粒度分布及其控制”诺贝尔奖获得者、世界著名小麦科学家Noman K. Borlang曾说过：“没有农药，人类将面临饥饿的危险。”据美国农业部和世界粮农组织测算，停止使用农药将导致作物产量降低30%，农产品价格提高50%-70%；农药使用可挽回全世界农作物总产量30%～40%的损失。农药是国家稳定和经济发展的重要战略物质，在当下及未来很长一段时间内不可或缺。我国为农药原料药生产大国，但原料药并不能直接使用，消费者终端实际使用的是制剂，农药制剂行业的发展受到越来越多关注；近15~20年来，中国在环境友好的农药制剂方面的进步很大。中农立华自主研发30%二甲戊灵悬浮剂、46%氟啶∙啶虫脒水分散粒剂等产品深耕市场多年，获得良好口碑，先后获得国家发明专利授权，取得了良好的经济和社会效益，这些成绩的背后离不开产品性能的精细化控制；此外，2020年6月由中农立华农药应用研发中心与天津立华牵头起草的《30%二甲戊灵悬浮剂》团体标准正式通过“CCPIA标准”委员会专家组评审，标准编号为T/CCPIA 046-2020。回顾我国农药发展历程，张小军说到：“我国农药研发及产业化取得了明显进展，与发达国家的差距正在缩小，已成为继欧美、日本后，为数不多的具备农药创制能力的国家。聚焦农药制剂，研发水平进步则更快，我刚入行时，从业人员规模区区几百人，如今已超过5000人，为我国农药制剂发展奠定了良好基础；近年来，我国在水基化环境友好型农药制剂，如悬浮剂、悬乳剂、水乳剂以及水分散粒剂等都取得了显著的成绩，尤其在干悬浮剂、可分散油悬浮剂等新剂型方面积累了大量经验和应用案例。当然，行业快速发展的同时也存在一些短板，如研发体系不健全，精细化程度不够，系统研究人员欠缺，难以组建完整的研发团队等，这些都是我们今后需要完善的。”“我在全国制剂大会中提出，可控粒径对于制剂研发至关重要，也是衡量研发水平的重要体现。当前国家出台相关政策，提倡农药减量增效，大家开始关注制剂稀释后的界面性能，其实，液液、固液分散体系中有效成分的粒度对于制剂应用效果的影响也很大，粒度控制越小，比表面积越大，接触生物靶标越充分，防治效果越好。此外，针对一些低熔点化合物的制剂，粒度分布是判断其研发成功与否的关键。粒度控制可助力农药减量增效，也是未来农药制剂的发展方向之一。”张小军继续讲到。10多年的农药制剂研发检测和评价实践——静态光散射与图像颗粒分析技术粒径控制离不开粒度分析仪器的助力。张小军十余年间，先后使用过3台激光粒度仪和1台粒度粒形分析仪，均购自丹东百特仪器有限公司，目前实验室正在运行的是去年新购置的Bettersize2600激光粒度仪与BT-1600静态图像颗粒分析系统。据张小军介绍，他用过的这3台激光粒度仪体积逐渐减小，性能则不断提升；期间还到访过百特两次，见证了这家国产仪器厂商的成长，感触最深的是企业近十年的发展之快，近日，百特12台顶级激光粒度分布仪批量出口德国，性能得到国外用户的充分认可，更为其国际化进程增添了浓墨重彩的一笔。农药制剂行业以应用技术为主，当初选购激光粒度仪时，操作人员比较关注仪器的重现性、数据可靠性、操作便利性、性价比几个重要指标。“同行交流是我们调研的主渠道，实践是检验仪器水平的重要标准。”张小军告诉笔者，“同大多数行业一样，在农药制剂细分领域，实验室在采购仪器时都会优先考虑进口品牌，但粒度分析产品不然。国产激光粒度仪在此领域占有率很高，尤其是百特的产品性价比高、售后服务到位、口碑好，所以值得信赖。另外，激光粒度仪的测试范围与准确度，以及不同剂型的通用性或者共用性，一台设备能否同时测定水溶性和油溶性的制剂、微米和纳米级的制剂等，都是研发人员关注的信息。经测试，百特的仪器可以满足我们的需求，还可以提供专业的解决方案。在日常使用过程中，针对不同粒径的悬浮剂、可分散油悬浮剂，百特的激光粒度仪都能测定出科学可靠的数据，满足我们的评价要求；尤其结合图像分析仪，在评价低熔点、水溶性活性成分体系，以及颗粒长大、结晶等方面都能做出很好的判断，是农药制剂研发检测和评价中的利器。”实验人员正在操作Bettersize2600激光粒度仪（图左）与BT-1600静态图像颗粒分析系统（图右）好仪器是用户和仪器企业一起“用”出来的除激光粒度仪及部分实验室常用设备外，实验室鲜见国产品牌的影子，张小军对此感慨良多：“好仪器是用出来的。百特成立26年之久，但发展最快的阶段是近十年，因为其仪器使用者越来越多，反馈与建议随之增多，促使仪器性能反复改进并优化。同样，各行业要给予其他国产仪器试错的机会，帮助其成长。”采访最后，谈及对百特产品和服务的改进建议，张小军坚定地说：“几乎没有，他们已经做的很好了”，他沉思片刻又说：“既然有这样一个问题，我就提一点，希望百特能深入农药制剂研发和生产检测单位，实地调研交流，线上线下联动，加强与客户之间的互动，收集客户在仪器使用过程中遇到的问题或建议，及时了解并满足其最新需求，如此，百特的产品才能在农药制剂行业始终保持领先。”“百特是典型的‘专精特新’企业，小而精。专业的人做专业的事情，百特在董青云总经理的带领下取得了很多靓丽的成绩，他们有一支专业的队伍，其激光粒度仪在国内销量稳居第一。我相信国内其他检测仪器设备也会取得如此突破，解决一系列‘卡脖子’的问题。我从百特身上看到了希望，这就是民族制造业的希望和代表。”后记应用研发是整个农药研发中重要的一环，但技术研发枯燥、充满不确定性，张小军何以坚持如今？他告诉笔者，一是对这份工作的热爱，取得成绩的喜悦与满足感只是动力，内心的喜欢才是坚持的源泉；二是拥有优秀的平台和团队，团队的融洽相处与共同的荣誉感是研发成功的保障；三是要有视野，不断学习、借鉴、思考、总结才能持续提升与进步。这也是一位研发人员的基本素养。

2024年4月8日，工业和信息化部印发《工业和信息化部办公厅关于印发2024年第一批行业标准制修订计划的通知》（工信厅科〔2024〕18号），由中国电子技术标准化研究院（赛西，CESI）归口管理并组织起草的行业标准SJ/T xxxx《锂离子电池电极材料粒度分布检测方法 激光衍射法》（计划号：2024-0318T-SJ）计划正式下达。该标准由宁德时代新能源科技股份有限公司、中国电子技术标准化研究院、广东邦普循环科技有限公司等参与起草。近日，起草组已完成征求意见1稿的编制工作，为保证项目的进度和质量，现向各相关单位征求意见，请于2024年7月31日前将意见反馈至zhaolx@cesi.cn。工作组秘书处将择期组织召开标准征求意见1稿讨论会，具体时间另行通知。中国电子技术标准化研究院作为工信部锂离子电池及类似产品标准工作组的组长和秘书处单位，将充分依托该工作组，联合国内锂/钠离子电池领域产、学、研、用等单位共同开展该标准的编制工作。工作组成员单位可直接联系项目组负责人报名并获取征求意见稿，非工作组成员单位如需参与该标准制定并反馈意见，请先联系工作组秘书处加入工作组或项目组。工信部锂离子电池及类似产品标准工作组秘书处：刘 冉 冉电话：010-64102192邮箱：liurr@cesi.cn激光衍射法是锂离子电池电极材料粒度分布最常用的检测方法 。为帮助业内人士深入了解激光衍射法等粒度表征技术及应用的最新进展，促进跨领域交流与合作，仪器信息网与中国颗粒学会将于2024年7月23-24日联合举办第五届颗粒研究应用与检测分析网络会议，会议特别设置电池材料与颗粒分析表征、多孔材料与颗粒分析表征、超微及纳米颗粒分析表征、颗粒与健康四个专场。一键免费报名参会：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/particuology2024/点击图片直达会议页面

2022年4月，作为中国知名的粒度粒形测试仪器制造商和粒度粒形测试技术的研发者，丹东百特正式推出自主研发的“百特图像粒度粒形分析软件4.0版本”（以下简称“百特图像法新软件”）。欲穷千里目，更上一层楼。百特图像法新软件为您带来全面升级的测试体验，将会是您粒度粒形测试的首选。图1. 丹东百特图像粒度粒形测试仪系列产品新软件特色一：更全面的测试结果针对不同形状、大小的颗粒，百特图像法新软件提供了多达24种粒度粒形参数的分析结果。所有的粒度粒形参数都严格按照ISO:9276-6-2008中的规定方法进行计算，为您提供更全面、更准确的粒度粒形信息。图2. 百特图像法新软件部分粒度粒形参数新软件特色二：更丰富的结果形式百特图像法新软件不仅能提供更全面、准确的粒度粒形信息，还有多种形式用于展示粒度粒形分布结果。您可以直观浏览曲线图、散点图和分级表格了解粒度粒形分布，也可以通过浏览颗粒图像库，实现颗粒实际外观“一睹为快”。图3. 百特图像法新软件界面展示新软件特色三：更智能的测试流程百特图像法新软件结合了丹东百特在自动粒度粒形测试方面的技术积累，实现了“颗粒分散—拍摄图像—图像处理—图像分析”全流程的自动化。所有的标准化操作流程（SOP）均可编辑、保存，让您对粒度粒形的分析更轻松、更高效。新软件特色四：更灵活的图片分析百特图像法新软件的“图片分析”功能不但可以轻松分析百特图像设备拍摄的颗粒照片，还可分析其他设备拍摄的颗粒图片。您可以对任意颗粒照片进行编辑，例如改变图像显示效果、添加标尺、标记图像中颗粒的尺寸、添加备注等。此外，还可以先拍摄照片，再集中批量处理，以提高测试效率。图4. 百特图像法新软件“图片分析”功能展示新软件特色五：多种形式的分析报告百特图像法新软件提供了多种形式的分析报告，可一键生成粒度粒形分布报告、磨料专用报告、筛分结果模拟报告、表面清洁度报告等。各种报告还有丰富的自定义选项，您可以自由编辑、订制专属报告内容。图5. 百特图像法新软件报告展示百特图像法新软件的发布，是丹东百特在颗粒测试技术方面的又一突破性成果。它以“眼见为实”的方式，助您把握颗粒的尺寸与形状细节，将会是您生产、研究、质控中不可或缺的一双“慧眼”。

1. 什么是光散射现象？光线通过不均一环境时，发生的部分光线改变了传播方向的现象被称作光散射，这部分改变了传播方向的光称作散射光。宏观上，从阳光被大气中空气分子和液滴散射而来的蓝天和红霞到被水分子散射的蔚蓝色海洋，光散射现象本质都是光与物质的相互作用。2. 颗粒与光的相互作用微观上，当一束光照在颗粒上，除部分光发生了散射，还有部分发生了反射、折射和吸收，对于少数特别的物质还可能产生荧光、磷光等。当入射光为具有相干性的单色光时，这些散射光相干后形成了特定的衍射图样，米氏散射理论是对此现象的科学表述。如果颗粒是球形，在入射光垂直的平面上观察到称为艾里斑的衍射图样。颗粒散射激光形成艾里斑3. 激光粒度仪原理-光散射的空间分布探测分析艾里斑与光能分布曲线当我们观察不同尺寸的颗粒形成的艾里斑时，会发现颗粒的尺寸大小与中间的明亮区域大小一般成反相关。现代的激光粒度仪设计中，通过在垂直入射光的平面距中心点不同角度处依次放置光电检测器进行粒子在空间中的光能分布进行探测，将采集到的光能通过相关米氏散射理论反演计算，就可以得出待分析颗粒的尺寸了。这种以空间角度光能分布的测量分析样品颗粒分散粒径的仪器即是静态光散射激光粒度仪，由于测试范围宽、测试简便、数据重现性好等优点，该方法仪器使用最广泛，通常被简称为激光粒度仪。根据激光波长（可见光激光波长在几百纳米）和颗粒尺寸的关系有以下三种情况：a) 当颗粒尺寸远大于激光波长时，艾里斑中心尺寸与颗粒尺寸的关系符合米氏散射理论在此种情况下的近似解，即夫琅和费衍射理论，老式激光粒度仪亦可以通过夫琅和费衍射理论快速准确地计算粒径分布。b) 当颗粒尺寸与激光波长接近时，颗粒的折射、透射和反射光线会较明显地与散射光线叠加，可能表现出艾里斑的反常规变化，此时的散射光能分布符合考虑到这些影响的米氏散射理论规则。通过准确的设定被检测颗粒的折射率和吸收率参数，由米氏散射理论对空间光能分布进行反演计算即可得出准确的粒径分布。c) 当颗粒尺寸远小于激光波长时，颗粒散射光在空间中的分布呈接近均匀的状态（称作瑞利散射），且随粒径变化不明显，使得传统的空间角度分布测量的激光粒度仪不再适用。总的来说，激光粒度仪一般最适于亚微米至毫米级颗粒的分析。静态光散射原理Topsizer Plus激光粒度分析仪Topsizer Plus激光粒度仪的测试范围达0.01-3600μm，根据所搭配附件的不同，既可测量在液体中分散的样品，也可测量须在气体中分散的粉体材料。4. 纳米粒度仪原理-光散射的时域涨落探测（动态光散射）分析 对于小于激光波长的悬浮体系纳米颗粒的测量，一般通过对一定区域中测量纳米颗粒的不定向地布朗运动速率来表征，动态光散射技术被用于此时的布朗运动速率评价，即通过散射光能涨落快慢的测量来计算。颗粒越小，颗粒在介质中的布朗运动速率越快，仪器监测的小区域中颗粒散射光光强的涨落变化也越快。然而，当颗粒大至微米极后，颗粒的布朗运动速率显著降低，同时重力导致的颗粒沉降和容器中介质的紊流导致的颗粒对流运动等均变得无法忽视，限制了该粒径测试方法的上限。基于以上原因，动态光散射的纳米粒度仪适宜测试零点几个纳米至几个微米的颗粒。5.Zeta电位仪原理-电泳中颗粒光散射的相位探测分析纳米颗粒大多有较活泼的电化学特性，纳米颗粒在介质中滑动平面所带的电位被称为Zeta电位。当在样品上加载电场后，带电颗粒被驱动做定向地电泳运动，运动速度与其Zeta电位的高低和正负有关。与测量布朗运动类似，纳米粒度仪可以测量电场中带电颗粒的电泳运动速度表征颗粒的带电特性。通常Zeta电位的绝对值越高，体系内颗粒互相排斥，更倾向与稳定的分散。由于大颗粒带电更多，电泳光散射方法适合测量2nm-100um范围内的颗粒Zeta电位。NS-90Z 纳米粒度及电位分析仪NS-90Z 纳米粒度及电位分析仪在一个紧凑型装置仪器中集成了三种技术进行液相环境颗粒表征，包括：利用动态光散射测量纳米粒径，利用电泳光散射测量Zeta电位，利用静态光散射测量分子量。6. 如何根据应用需求选择合适的仪器为了区分两种光散射粒度仪，激光粒度仪有时候又被称作静态光散射粒度仪，而纳米粒度仪有时候也被称作动态光散射粒度仪。需要说明的是，由于这两类粒度仪测量的是颗粒的散射光，而非对颗粒成像。如果多个颗粒互相沾粘在一起通过检测区间时，会被当作一个更大的颗粒看待。因此这两种光散射粒度仪分析结果都反映的是颗粒的分散粒径，即当颗粒不完全分散于水、有机介质或空气中而形成团聚、粘连、絮凝体时，它们测量的结果是不完全分散的聚集颗粒的粒径。综上所述，在选购粒度分析仪时，基于测量的原理宜根据以下要点进行取舍：a) 样品的整体颗粒尺寸。根据具体质量分析需要选择对所测量尺寸变化更灵敏的技术。通常情况下，激光粒度仪适宜亚微米到几个毫米范围内的粒径分析；纳米粒度仪适宜全纳米亚微米尺寸的粒径分析，这两种技术测试能力在亚微米附近有所重叠。颗粒的尺寸动态光散射NS-90Z纳米粒度仪测试胶体金颗粒直径，Z-average 34.15nmb) 样品的颗粒离散程度。一般情况下两种仪器对于单分散和窄分布的颗粒粒径测试都是可以轻易满足的。对于颗粒分布较宽，即离散度高/颗粒中大小尺寸粒子差异较大的样品，可以根据质量评价的需求选择合适的仪器，例如要对纳米钙的分散性能进行评价，关注其微米级团聚颗粒的含量与纳米颗粒的含量比例，有些工艺不良的情况下团聚的颗粒可能达到十微米的量级，激光粒度仪对这部分尺寸和含量的评价真实性更高一些。如果需要对纳米钙的沉淀工艺进行优化，则需要关注的是未团聚前的一般为几十纳米的原生颗粒，可以通过将团聚大颗粒过滤或离心沉淀后，用纳米粒度仪测试，结果可能具有更好的指导性，当然条件允许的情况下也可以选用沉淀浆料直接测量分析。有些时候样品中有少量几微米的大颗粒，如果只是定性判断，纳米粒度仪对这部分颗粒产生的光能更敏感，如果需要定量分析，则激光粒度仪的真实性更高。对于跨越纳米和微米的样品，我们经常需要合适的进行样品前处理，根据质量目标选用最佳质控性能的仪器。颗粒的离散程度静态光散射法Topsizer激光粒度仪测试两个不同配方工艺的疫苗制剂动态光散射NS-90Z纳米粒度仪测试疫苗制剂直径激光粒度仪测试结果和下图和纳米粒度仪的结果是来自同一个样品，从分布图和数据重现程度上看，1um以下，纳米粒度仪分辨能力优于激光粒度仪；1um以上颗粒的量的测试，激光粒度仪测试重现性优于纳米粒度仪；同时对于这样的少量较大颗粒，动态光散射纳米粒度仪在技术上更敏感（测试的光能数据百分比更高）。在此案例的测试仪器选择时，最好根据质控目标来进行，例如需要控制制剂中大颗粒含量批次之间的一致性可以选用激光粒度仪；如果是控制制剂纳米颗粒的尺寸，或要优化工艺避免微米极颗粒的存在，则选用动态光散射纳米粒度仪更适合。c) 测试样品的状态。激光粒度仪适合粉末、乳液、浆料、雾滴、气溶胶等多种颗粒的测试，纳米粒度仪适宜胶体、乳液、蛋白/核酸/聚合物大分子等液相样品的测试。通常激光粒度仪在样品浓度较低的状态下测试，对于颗粒物含量较高的样品及粉末，需要在测试介质中稀释并分散后测试。对于在低浓度下容易团聚或凝集的样品，通常使用内置或外置超声辅助将颗粒分散，分散剂和稳定剂的使用往往能帮助我们更好的分离松散团聚的颗粒并避免颗粒再次团聚。纳米粒度仪允许的样品浓度范围相对比较广，多数样品皆可在原生状态下测试。对于稀释可能产生不稳定的样品，如果测试尺寸在两者都许可的范围内，优先推荐使用纳米粒度仪，通常他的测试许可浓度范围更广得多。如果颗粒测试不稳定，通常需要根据颗粒在介质体系的状况，例如是否微溶，是否亲和，静电力相互作用等，进行测试方法的开发，例如，通过在介质中加入一定的助剂/分散剂/稳定剂或改变介质的类别或采用饱和溶液加样法等，使得颗粒不易发生聚集且保持稳定，大多数情况下也是可以准确评价样品粒径信息的。当然，在对颗粒进行分散的同时，宜根据质量分析的目的进行恰当的分散，过度的分散有时候可能会得到更小的直径或更好重现性的数据，但不一定能很好地指导产品质量。例如对脂质体的样品，超声可能破坏颗粒结构，使得粒径测试结果失去质控意义。d) 制剂稳定性相关的表征。颗粒制剂的稳定性与颗粒的尺寸、表面电位、空间位阻、介质体系等有关。一般来说，颗粒分散粒径越细越不容易沉降，因此颗粒间的相互作用和团聚特性是对制剂稳定性考察的重要一环。当颗粒体系不稳定时，则需要选用颗粒聚集/分散状态粒径测量相适宜的仪器。此外，选用带电位测量的纳米粒度仪可以分析从几个纳米到100um的颗粒的表面Zeta电位，是评估颗粒体系的稳定性及优化制剂配方、pH值等工艺条件的有力工具。颗粒的分散状态e) 颗粒的综合表征。颗粒的理化性质与多种因素有关，任何表征方法都是对颗粒的某一方面的特性进行的测试分析，要准确且更系统地把控颗粒产品的应用质量，可以将多种分析方法的结果进行综合分析，也可以辅助解答某一方法在测试中出现的一些不确定疑问。例如结合图像仪了解激光粒度仪测试时样品分散是否充分，结合粒径、电位、第二维利系数等的分析综合判断蛋白制剂不稳定的可能原因等。

粒度分析报告是激光粒度仪测量颗粒样品后输出的测量结果。本文对报告的内容进行解释，以便读者能够更好地理解和运用仪器的输出结果。粒度分布的物理意义粒度分布是指被测的颗粒样品中各种尺寸颗粒占总颗粒的百分比。它是颗粒测量结果的详尽描述。在表达粒度分布时，涉及两个带有主观性的处置：一是粒径的分段，二是计算相对含量时所用的计量单位。从理论上说，一个颗粒样品在一定的粒径范围内存在各种大小的颗粒，即粒径的分布应该是连续的。但在实际的处理中，我们只能把粒径表示为若干个分立的粒径段，然后计算各个粒径段上的颗粒含量。最简单的分档方法是均匀分档，即各个粒径段的长度是相等的，例如1-2,2-3,3-4（单位µ m）。在激光粒度仪中，通常用等比原则对粒径分段。这是因为激光粒度仪测量的动态范围大，例如0.1-1000µ m。如果按等长原则分段，则难以同时照顾小颗粒端和大颗粒端。比如，为了照顾小颗粒端，最小间隔最多只能取0.1µ m（从0.1µ m到0.2µ m，跨度已经很大），这时对最后一个粒径段来说，就是999.9µ m-1000µ m，这样处理粒径段的数量就会非常多，数据处理变得非常麻烦，也没有必要分这么细。表1是一个粒度分布表的示例，其分段就是按照等比原则，比例是1.128。表中第1个粒径点是0.109µ m（即x0，其余类推），第2个粒径点就是0.109× 1.128?0.123µ m，第3个粒径点是0.123× 1.128?0.139µ m??另一个主观性的处理是百分含量的计量单位。激光粒度仪中常用体积含量，即用每个粒径段内颗粒的体积占所有颗粒的总体积的百分比来表征粒度分布。有时会用颗粒数或颗粒表面积含量来表达粒度分布。计量的单位不同，会造成粒度分布结果形式上的巨大变化（详见进阶知识4）。【进阶知识3】设激光粒度仪设定的粒径分档如“进阶知识2”所示。第i档的平均粒径为：设第i档范围内，即粒径处在x(i-1)至xi的颗粒个数为Ni，则所有颗粒的总体积为（此处省略了常数π?6。以体积计算的第i档的颗粒相对含量为式中i=1,2,?，n.如此，数列(v1,v2,?vn)就组成了以体积计量的粒度分布。同理，按数量计的粒度分布为按表面积计的粒度分布为粒度分布表在激光粒度仪输出的测量报告中，粒度分布通常以粒度分布表或/及粒度分布曲线的形式给出。表1是粒度分布表的示例。表1粒度分布表示例粒径(µ m)微分(V%)累积(V%)粒径(µ m)微分(V%)累积(V%)粒径(µ m)微分(V%)累积(V%)0.10902.530.632.1658.8201000.123002.8560.812.9766.3801000.139003.2231.033.9974.9201000.157003.6371.35.2984.5501000.177004.1051.646.9495.4301000.199004.6332.069107.701000.225005.2292.5611.56121.501000.254005.9023.1514.71137.201000.287006.6613.8118.51154.801000.324007.5184.5323.04174.701000.365008.4855.2728.31197.201000.412009.5775.9934.3222.601000.4650010.816.6340.93251.201000.5250012.27.1448.07283.501000.5920013.777.4655.53319.901000.6690015.547.5563.08361.101000.7550017.547.3670.44407.501000.8520019.796.9177.35459.901000.9610022.346.283.55519.101001.0850.020.0225.215.388.86585.801001.2240.070.0928.464.2993.15661.201001.3820.130.2232.123.2596.4746.201001.5590.190.4136.252.2498.64842.201001.760.270.6840.911.1499.78950.501001.9860.371.0546.180.221001072.701002.2420.491.5352.1101001210.60100表中，黄色栏为粒径，紫色栏为微分分布数值，灰色栏为累积分布数值。微分分布表示一个粒径段上的颗粒占总颗粒的百分比，累积分布表示某一粒径以细颗粒占总颗粒的百分含量。微分分布和累积分布之间很容易转换：设微分分布为(v1,v2,?vn)，累积分布为(c1,c2,?cn)，则微分分布栏的每一格内的数值表示本格左边所示粒径（即xi）与上一行所示粒径（xi-1）之间的颗粒百分含量。例如表1第二栏（黄色）底部的数值为0.49，表示粒径为1.986到2.242µ m之间的颗粒含量为0.49%。黄色栏的顶部有“微分(V%)”字样，表示“微分分布，以颗粒体积计量，含量为百分含量”。灰色栏给出的累积分布数值，则表示从表中的最小粒径开始累积到该行左边隔一栏的位置所示的粒径的颗粒百分含量的总和。以表1第3栏底部的数值为例，1.53表示2.242µ m以细的颗粒总含量为1.53%。粒度分布曲线粒度分布曲线是粒度分布的图像法表达。相较于粒度分布表格，曲线具有形象、直观、一目了然的优点。粒度分布曲线也分为微分分布曲线与累积分布曲线两种，其物理意义与粒度分布表相同。下图是与表1对应的粒度分布曲线。粒度分布曲线示例【进阶知识4】以上给出的粒度分布是体积粒度分布（激光粒度仪最常用的表达形式），如果改为表面积分布或颗粒数分布，则同样的样品的测量结果，分布形式会有很大的不同（见下图）。同样的样品以不同计量单位显示的粒度分布平均粒径平均粒径的含义很容易理解，就是一个颗粒样品中所有颗粒直径的平均值。需要注意的是，平均值的计算是要经过加权的。同样的粒度分布，加权的方式不同，得出的结果也不同。最常用的是体积加权：式中，xi平均和vi的含义如“进阶知识3”所示。D[4,3]是体积加权平均（简称“体积平均”）的另一种说法，因为在体积加权的公式中，分子和分母分别有段平均粒径的4次方和3次方。在表1所示的粒度分布中，D[4,3]=14.17µ m类似地，对表面积加权的平均粒径和对颗粒个数加权的平均粒径分别为在表1所示的粒度分布中，D[3,2]=9.25µ m,D(1,0)=3.05µ m。可见D[4,3]＞D[3,2]＞D（1,0）,这是普遍规律。对用户来说，究竟用哪一种平均粒径表征待测样品的平均粒径，要看用户的关注点。比如参与化学反应的颗粒，例如催化剂，就比较关注表面积平均径，即D[3,2]。激光粒度仪的输出报告中D[4,3]和D[3,2]一般都同时给出。D50又称“中位径”，也是平均粒径的一种表示。它的含义是粒度分布的累积百分比达到50%的点所对应的粒径（见下图）。换个通俗的话说，D50就是个头排在中间的那个颗粒的粒径，比它大和比它小的颗粒各占50%，所以可以代表平均粒径。当然，所谓各占50%也是跟计量的物理单位有关的，可以是体积各占50%，也可以是表面积各占50%，也可以是个数各占50%。计量单位不同，D50值也不同。如果粒度分布用的是体积分布，那么D50指的是体积各占50%。激光粒度仪一般默认体积分布。在表1所示的粒度分布中，D50=12.57µ m，这个数值与D[4,3](=14.17µ m)接近。当粒度分布曲线形状很对称时，D50与D[4,3]几乎相等。累积粒径的物理意义示意图粒度分布范围粒度分布范围是表征一个颗粒样品粒径均匀度的指标。在激光粒度仪中，一般默认用D10和D90分别表示粒度分布的下边界和上边界。D10的物理意义是：被测样品中小于D10的颗粒含量占10%。同理，D90表示小于D90的颗粒含量占90%，或者大于D90的颗粒含量占10%。D10偏离D50越多，表示小颗粒往细的方向延展越多；D90偏离D50越大，则表示大颗粒往粗的方向延展越多。在有些应用行业，也有用其他的累积粒径表示粒度分布的展宽情况的，比如在磨料行业，用D6（磨料行业习惯于从大往小累积，原始表述是D94，等于从小往大累积的D6，下同）表示下限，用D97表示上限。一般而言，累积粒径越靠近分布的边缘，其稳定性就越差。关于D100和D0的重要提醒：（1）激光粒度仪给出的D100（或称Dmax）并不代表被测的粉体产品中的最大颗粒的尺寸。这可以从两个层面去理解：从取样层面理解，测量所取样品量大约是毫克级的，而它所代表的产品量大约是千克至吨级的，取样比例低于百万分之一，因此一次取样要取到那个最大的颗粒的概率是百万分之一（理论上说最大的那个是唯一的，否则就不叫最大）量级，几乎不可能被取到。从测量的层面考虑，即使那个最大的颗粒被取到，以较典型的分布宽度（最大最小比）为10的样品为例，假设粒度分布在对数坐标（即粒径段等比划分）上是对称的，则最大粒与D50之比约为3.16，最大粒一个单位体积的消光面积是一个单位体积的平均大小颗粒的3.16分之一。设最大粒的体积含量是1000分之一（最大粒处在粒度分布右侧的末端，理论上含量占比比这个还要低得多），则最大粒产生的散射光大约是全部散射光的3000分之一。这么低的光能很容易被仪器的各种噪声（比如激光功率波动就大于千分之一，此外还有样品浓度的波动，电子噪声等）所淹没。（2）从激光粒度仪给出的粒度分布数据计算小颗粒的个数是不太靠谱的。这是因为激光粒度仪给出的原始粒度分布是体积分布。小颗粒端的体积的微小波动会引起颗粒数的巨大变化。设颗粒的平均粒径为5µ m，其粒度分布的尾端在0.5µ m，二者粒径比为10，体积比为1000。假设尾端的体积出现1000分之一的波动，则颗粒个数就会出现1倍的波动，1倍就是100%，是极大的波动，是难以接受的。在激光粒度仪给出的测试报告中，会给出两个参数表征颗粒的均匀性。最常用的参数有：宽度系数以及变异系数。它是用均方差形式表征的分布宽度，公式如下：编者按：本文无异于是激光粒度仪初阶使用者的必备宝典，然而激光粒度仪分析报告中提供的可不止是粒径和粒度分布的解析，你知道还有激光粒度仪还会提供哪些重要参数吗？对这些参数又该如何分析？请期待张福根博士系列专栏——激光粒度仪应用导论之参数拾遗篇。（作者：张福根）

世界上共有多少种的颜色?赤橙黄绿青蓝紫显然不是颜色的全部。颜料是大自然最珍贵和最美的颜色，不妨多留意。简介颜料是一种天然的或合成的，有机的或无机的物质，它能够吸收部分光谱的光，并重新发射这部分光，这部分光就对应于眼睛所感知的颜色 (图1)。它们被广泛应用于各种产品和工业，从油墨和油漆，到纺织到化妆品和食品。它们被广泛应用于各种产品和工业，从油墨和油漆，到纺织到化妆品和食品。图1：有色物体对光的吸收颜料的粒度也影响被涂物体表面的最终外观。油漆光泽(或光泽度)取决于颜料颗粒在粘合剂中浸泡的深度，光泽程度可以在光泽和哑光之间变化(图2)。此外，颜料吸收光线的能力，即颜色强度，随着颗粒大小的减小和比表面积的增加而增加，直到颗粒达到半透明大小。图2：哑光(上)，缎面(中)和光滑(下)面漆上的光散射。颜料用纯黑色颗粒表示，粘合剂用黑白波浪形图案表示，箭头表示光线即使小颗粒会产生更抗光泽和更强烈的颜色，但同时也表现出更高的“粉笔化”效果。这种效果可以描述为一层从油漆面漆上脱落的灰尘，是涂料老化的特征。油漆受粒径分布(PSD)影响的还有其流变性能。因此，颗粒大小影响生产(例如，小颗粒增加粘度)以及应用(流动和粘附)。这里我们演示了PSA 1090粒度分析仪在干法模式下测量颜料粒度的适用性。此外，我们使用了我们的专利干射流分散技术，可以成功地在低压下分散颜料粉末。PSA 1090粒度分析仪 实验及分析 我们的颜料样品的尺寸范围预计在0.1到50 μm之间，测量用PSA 1090D(干法分散单元)。数据分析采用夫琅和费数学模型。对于干法测量，我们将振动频率设置为50 hz，占空比设置为50%，由于粉末样品易碎，我们将空气压力设置为200 mbar。图3：干法模式下测得的颜料粉的粒度分布。红色曲线：密度分布(左y轴)；蓝色曲线：累计值(右y轴)。如图3和表1所示，样本粒径分布为单峰。测得的平均粒径为10.49 μm，符合预期。相对跨度值为1.25，计算方法为(D90-D10)/D50，表明为窄分布。D-值粒径D109.31 μmD5021.26 μmD9042.35 μm表1：干法测量颜料的D值 结论 PSD对许多涂料和颜料的特性有着巨大的影响，它不仅影响生产过程，而且影响产品的最终性能。因此，可靠的粒度分析系统在该行业是至关重要的。我们证明了PSA 1090D粒度分析仪测量颜料干粉的能力。专利的干射流分散技术在仅200 mbar的空气压力下实现了出色的粉末分散效果，这对脆弱的样品尤其重要。该仪器的稳健设计使其即使在受振动和灰尘影响的工业环境中也能平稳运行。

本文摘要本文记录了Masterziser 3000激光粒度仪和Morphologi-4全自动粒度粒形分析仪对负极材料进行粒度粒形测试的过程，并提供了解决石墨样品分散漂浮和细粉不稳定等典型问题的解决办法。此外，还根据样品粒形测试的结果对电池负极材料球形度对电池质量的影响进行了阐述。全文分为两篇，此为下篇。实验背景上篇介绍了Mastersizer3000激光粒度仪对石墨负极材料粒度测量，以及针对其测量中的典型应用问题所提供的解决方案。那么，天然石墨和人造石墨有什么区别，以及二者区别在电池负极应用中的影响又是什么呢？本篇我们将继续利用Morphologi-4的自动成像分析方法为大家解读。负极材料粒形测试与结果分析上篇介绍到可以使用Morphologi-4 全自动粒度粒形分析仪对负极材料中粒度结果不稳定的小颗粒进行进一步粒度粒形的测量。但其实，M4全自动粒度粒形分析仪更重要的功能是通过自动扫描，获得有统计意义的颗粒图像（典型数量20000颗），通过几十种形状参数对颗粒形状数值化描述，并得到粒形分布图，以获得更多关于颗粒的信息。这样，即使等效粒径分布差别不大的样品，能够从形状参数的差异进行分辨，解读电池材料在流动性，反应活度，填充密度等性能上存在差异的原因。图7 M4软件对形状参数对颗粒进行数值化描述实际生产中，电池材料都会制备成电池浆料来使用。其颗粒形状越不规则、颗粒表面越不光滑，就会造成颗粒摩擦和联锁作用的增加，静止粘度和剪切粘度都比球形颗粒要高，尤其是将颗粒制成高固含量的浆料时，不规则颗粒粘度的增加更显著。图8 颗粒形状和粘度的关系曲线例如，下图中两种石墨颗粒具有相似的粒度，但使用Morphologi 4全自动粒度粒形分析仪对两种样品进行分析并统计了它们的球形度分布，发现有很大差异。图9 人造石墨和天然石墨的球形度差异从球形度分布图和缩略图中看出，人造石墨A表面光滑，大部分颗粒接近球形；天然石墨B表面粗糙不规则，球形度分布也宽。由于颗粒摩擦和联锁作用的增加，以及流体绕过颗粒所需的额外流动能量，当使用后者制成高浓度电池浆料后，大量不规则形状颗粒的存在将导致浆体粘度更高。这可能会增加静止时的沉积阻力（低剪切过程），并导致涂层上更厚的电极膜（高剪切过程），从而导致离子传输速率变化，最 终影响电池寿命（充电周期时间）。结论综上所述，在电池负极材料的质量控制中，电池材料颗粒的形状，尤其是球形度，对电池浆料的粘度影响极大，不规则的形状会导致浆料粘度急剧上升，从而导致浆料的不均匀和涂布困难，影响成膜厚度和离子传输速度，最 终影响电池的寿命。

A1032油液颗粒污染度检测仪是依据GB/T 18854-2002、ISO11171-1999、DL/T432-2007、GJB 420B、NAS1638、ISO4406等标准研制的专门用于油液中污染粒子的分布大小尺寸及等级检测的仪器。A1032采用光阻法（遮光法）原理研制，适用于液压油、润滑油、抗燃油、绝缘油和透平油等颗粒污染度的检测。可提供快速、准确、可靠、可重复的检测结果及完整的污染监测分析报告。广泛应用于航空、航天、电力、石油、化工、交通、港口、冶金、机械、制造等领域。 油液颗粒污染度检测仪仪器特点 1. 采用国际液压标准委员会指定的光阻（遮光）法计数原理。2. 高精度激光传感器，测试范围宽，性能稳定，噪声低，分辨率高。3. 采用精密注射泵取样方式，可自行设定取样体积，进样速度稳定，取样精度高。4. 采用了正负压结合的进样系统，可实现样品脱气，适合不同粘稠度的检品测试。5. 内置空气净化系统，保证测试不受污染。6. 内置多重校准曲线，可兼容所有国内外常用标准进行校准。7. 内置GJB-420B、NAS1638、ISO4406和ГOCT17216-71等8种常用标准，支持自定义标准测试，并可根据客户需求设置所需标准。8. 可采用标准取样瓶或取样杯等多种取样容器，满足不同行业的检测要求。9. 彩色触摸屏操作，内置打印机，结构简洁大方，操作简单方便。10. 全功能自动操作，中文输入，具有数据存储、打印功能。11. 内置数据分析系统，可根据标准自动判定样品等级。12. 具有RS232接口，可连接电脑或实验室平台进行数据处理。13. 可有偿提供颗粒度计量测试站“中国航空工业颗粒度计量测试站”校验报告。 油液颗粒污染度检测仪技术参数 光源：半导体激光器粒径范围：0.8um~500um检测通道：8通道任意设置粒径尺寸分辨力：优于10%重复性：RSD2% 粘度范围：350mm2/s(cSt)取样体积：0.2~1000ml 取样精度：优于±1%取样速度：5mL/min ~80mL/min气压舱真空：0.08MPa气压舱正压：0.8MPa 极限重合误差：10000粒/mL电源：AC220V±10%、50Hz 标准配置 名称型号单位数量油液颗粒污染度检测仪主机A1031台1增压泵A1031台1搅拌子A1031个1电源线A1031根1软管A1031根3取样瓶A1031个2超声波发生器A1031台1使用说明书A1031份1合格证A1031份1保修卡A1031份1创新点：新款油液颗粒度检测仪是一款便携式的油品污染度检测仪器，它具有可自定义通道的内部配置，重复型好、测量精度高，携带方便，支持现场检测。得利特A1032油液颗粒度检测仪石油

A1032油液颗粒污染度检测仪是依据GB/T 18854-2002、ISO11171-1999、DL/T432-2007、GJB 420B、NAS1638、ISO4406等标准研制的专门用于油液中污染粒子的分布大小尺寸及等级检测的仪器。A1032采用光阻法（遮光法）原理研制，适用于液压油、润滑油、抗燃油、绝缘油和透平油等颗粒污染度的检测。可提供快速、准确、可靠、可重复的检测结果及完整的污染监测分析报告。广泛应用于航空、航天、电力、石油、化工、交通、港口、冶金、机械、制造等领域。 仪器特点 1. 采用国际液压标准委员会指定的光阻（遮光）法计数原理。2. 高精度激光传感器，测试范围宽，性能稳定，噪声低，分辨率高。3. 采用精密注射泵取样方式，可自行设定取样体积，进样速度稳定，取样精度高。4. 采用了正负压结合的进样系统，可实现样品脱气，适合不同粘稠度的检品测试。5. 内置空气净化系统，保证测试不受污染。6. 内置多重校准曲线，可兼容所有国内外常用标准进行校准。7. 内置GJB-420B、NAS1638、ISO4406和ГOCT17216-71等8种常用标准，支持自定义标准测试，并可根据客户需求设置所需标准。8. 可采用标准取样瓶或取样杯等多种取样容器，满足不同行业的检测要求。9. 彩色触摸屏操作，内置打印机，结构简洁大方，操作简单方便。10. 全功能自动操作，中文输入，具有数据存储、打印功能。11. 内置数据分析系统，可根据标准自动判定样品等级。12. 具有RS232接口，可连接电脑或实验室平台进行数据处理。13. 可有偿提供颗粒度计量测试站“中国航空工业颗粒度计量测试站”校验报告。 技术参数 光源：半导体激光器粒径范围：0.8um~500um检测通道：8通道任意设置粒径尺寸分辨力：优于10%重复性：RSD2% 粘度范围：350mm2/s(cSt)取样体积：0.2~1000ml 取样精度：优于±1%取样速度：5mL/min ~80mL/min气压舱真空：0.08MPa气压舱正压：0.8MPa 极限重合误差：10000粒/mL电源：AC220V±10%、50Hz 标准配置 名称型号单位数量油液颗粒污染度检测仪主机A1031台1增压泵A1031台1搅拌子A1031个1电源线A1031根1软管A1031根3取样瓶A1031个2超声波发生器A1031台1使用说明书A1031份1合格证A1031份1保修卡A1031份1创新点：新款油液颗粒度检测仪是一款便携式的油品污染度检测仪器，它具有可自定义通道的内部配置，重复型好、测量精度高，携带方便，支持现场检测。得利特A1032油液颗粒度检测仪石油

2021年6月1日，《增材制造 金属粉末性能表征方法》（GB/T 39251-2020）[6]正式实施， 该标准中明确要求按照《粒度分析 图像分析法 第2部分:动态图像分析法》（GB/T 21649.2- 2017）[3]来检测并计算金属粉末颗粒投影的球形度值。早在2018年，德国最大的学术组织德 国工程师协会（Verein Deutscher Ingenieure，VDI）在《Additive manufacturing processes, rapid manufacturing Beam melting of metallic parts Characterisation of powder feedstock》（VDI 3405 Part 2.3）[13]中已将动态图像分析法列为增材制造金属粉末粒度及粒形分析的首选方法；美国材料试验协会（American Society of Testing Materials，ASTM）在《Additive manufacturing — Feedstock materials — Methods to characterize metal powders》（ASTM 52907:2019）[12]中， 也将动态图像分析法列为金属粉末粒度分析的方法之一。此次GB/T 39251的实施，代表着我国在金属粉末表征领域与国际同步。 自1999年动态图像法被发明至今已有22年的发展历程，技术层面已经十分成熟，得益于其“所见即所得”的直接测量方法，如今在亚微米-毫米尺度内正被越来越多的用户推崇， 用于颗粒粒度与粒形表征。本文使用图像分析法，激光衍射法和筛分法分别测量了金属粉末的粒度与形状，从形状分析灵敏度、与传统方法对比以及对大颗粒的检测灵敏度等方面对测量结果进行了对比分析，论证了图像分析法在该领域的应用优势。 1. 动态图像法分析原理说明：1 分散态的颗粒；2 颗粒运动控制装置；3 测量区域；4 光源；5 光学系统；6 景深；7 图像采集 设备；8 图像分析设备；9 显示 图1 动态图像法流程图 动态图像分析流程：粉末样品在（2）颗粒运动控制装置的控制下，均匀分散地进入（3） 测量区域，（4）光源发射的可见光经（5）光学系统转变为平行光，平行光照射到粉末颗粒 后形成的颗粒投影被（6）图像采集设备拍摄捕捉，颗粒图像传输至（8）图像分析设备，统 计分析得到最终结果（9）。图2 基于双摄像头成像技术的Microtrac MRB动态图像分析仪Camsizer X2，分析范围0.8μm-8mm 2 . 动态图像法在增材制造领域的应用优势 增材制造金属粉末粒度一般在20μm-80μm之间并且分布尽可能窄，同时卫星颗粒、非球形颗粒、超大颗粒或熔结颗粒的含量应尽可能低，以提高粉末烧结性能并且避免成型缺陷。 另外，3D打印过程中仅有少部分粉末用于部件成型，另有大部分粉末需要回收利用，回收粉末是否仍然满足打印质量要求是金属粉末质量检测的重要课题。传统方法一般使用筛分法或 气流分级法分级金属粉末得到所需粒度段，使用激光衍射法和筛分法测定金属粉末粒度分布，使用扫描电镜观察金属粉末球形度。 2.1 快速准确定量分析颗粒形状 利用气雾法在不同生产条件下得到原始粉末，并使用筛分法筛选出＜60μm的1#与2#合 金粉末，使用SEM扫描电镜观察1#与2#合金粉末，得到图3样品图片，使用动态图像分析仪 Camsizer X2检测1#与2#合金粉末，得到图4的粒度分布与粒形分布曲线。图3 1#、2#合金粉末的扫描电镜图像图4 1#与2#合金粉末的粒度频率分布曲线（左）与球形度曲线（右）分析仪器：Microtrac MRB德国麦奇克莱驰 Camsizer X2 如图4所示，1#与2#样品粒度分布几乎完全重叠，但其球形度SHPT分布曲线呈现明显差 异，其中1#样品SHPT曲线整体更靠近右侧，表明1#样品的颗粒形貌更加规则。 表1 具有相同粒度分布的两个金属粉末样品的动态图像分析结果从表1中可知，1#与2#样品的D10、D50、D90值偏差仅有1μm左右，使用激光粒度仪根 本无法检测出两个样品的差异；使用SEM观察颗粒形状，如图3所示，虽然直观感觉1#样品 的形貌比2#样品更加规则，但SEM无法量化表征粒形数值，只能作为参考展示和定性分析； 使用动态图像法检测两个样品，球形度SPHT平均值分别为0.9166和0.8596，如果把球形度值 0.9作为球形颗粒认定标准的话，1#与2#样品SPHT＞0.9的球形颗粒占比分别为65.88%和 38.02%。动态图像分析仪仅用时4-5分钟，就统计了超过1000万颗颗粒信息，得到极佳的具 有统计代表性的结果。 2.2 粒度粒形同步分析 Microtrac MRB动态图像分析仪Camsizer X2采用两个420万像素的高分辨率摄像头，每 秒钟可拍摄超过300张图像，软件统计每一张图像中的每一颗颗粒粒度及形状数据。 使用Camsizer X2检测金属粉末得到颗粒投影原始灰度图像，如图5所示，使用图像分析 功能提取出两颗颗粒的粒度与粒形数据如表2所示。图5 动态图像法单颗粒投影原始图像 表2 单个颗粒粒度与粒形数据动态图像法拍摄统计每一颗颗粒的粒度及粒形数据，基于真实的颗粒测量，所见即所得， 不受样品折射率、遮光率的影响，不受筛网变形影响，检测结果比激光粒度仪和筛分仪更加 可靠。但是在新颁布的国家标准中，粒度分布测定方法仅列出了激光衍射法与筛分法，笔者 分析是在标准制定过程中，考虑到目前图像法分析仪的市场占有率远远低于激光粒度仪，出 于方法普遍性而做出的选择。在德国VDI和美国ASTM标准中，均将图像法列为粒度和粒形 分析方法之一，在后续的标准修订中我们应该改进。 2.3 与传统方法的对比 根据样品不同、检测方法不同、应用方向不同，颗粒粒径有多种不同定义，如图6所示。 图 6 常用的颗粒粒径定义 Xc min：颗粒弦长，从 64 个不同方向测量颗粒在该方向上的最大弦长 Xc，取 64 个弦长值中最小的一 个作为颗粒弦长 Xc min，Xc min常用于和筛分法结果对比。 Xarea：等效球径，与颗粒投影面积相等的圆形的直径，Xarea 常用于和激光衍射法结果对比。 XFe max：颗粒长度，从 64 个不同方向测量颗粒在该方向上的费雷特直径 XFe，取 64 个费雷特直径中最大的一个作为颗粒长度 XFe max，即颗粒的最大卡规径。 动态图像法根据颗粒投影所占据的像素数量与位置，一次进样可以检测图 6 中 3 种不 同的粒径定义。 2.3.1 动态图像法与激光衍射法的对比 激光粒度仪一般基于米氏理论或弗朗霍夫理论，利用颗粒对光的散射现象，根据散射光 能的分布计算被测颗粒的粒度分布：当样品颗粒的散射光分布与某一大小的球形颗粒的分布 一致时，即认为样品颗粒大小等于该球形颗粒的直径。即激光粒度仪所测粒径为图6中的等 效球径Xarea，对于大部分非规则的颗粒样品，激光粒度仪测量结果存在系统性偏差。 分别使用动态图像分析仪与激光粒度仪测量4种不同形状的金属粉末，得到图7的粒度累积分布曲线。图7 激光粒度仪与动态图像分析仪粒度累积分布曲线对比 动态图像分析仪器：Camsizer X2（Microtrac MRB） 激光粒度分析仪器：Sync（Microtrac MRB） 红色曲线：Xc min 颗粒弦长；绿色曲线：Xarea 等效球径；蓝色曲线：XFe max 颗粒长度；黑色曲线：激光粒度 使用动态图像分析仪可以同时得到颗粒弦长Xc min、等效球径Xarea与颗粒长度XFe max三条 曲线，如果样品是球形颗粒，如图7中Sample1与Sample2所示，3条曲线差距很小；如果样品 中含有非球形颗粒，如图7中Sample3与Sample4所示，3条曲线就会呈现明显差异，并且样品 越不规则，3条曲线差异越明显。激光粒度仪无法区分颗粒宽度与长度，其检测结果一般位 于动态图像分析仪的颗粒弦长与颗粒长度之间。Sample2为通过53μm孔径筛网的金属粉末，所有颗粒的弦长均应小于53μm，只有部分 颗粒的长度可能大于53μm。如图7所示，Sample2的红色曲线Xc min上限D100＜53μm，只有 蓝色曲线XFe max检测到少量＞53μm的颗粒，而黑色曲线激光粒度数据显示有超过5%的颗粒 ＞53μm，与实际存在误差。这表明，激光粒度仪对颗粒粒度上限的检测精度不够准确，图 像分析仪可以准确检测粒度上限D100，更接近真实结果。 2.3.2 动态图像法与筛分法的对比 筛分法作为一种经典的颗粒分级与粒度分布测量方法，被广泛应用于金属粉末的质量控制，此次实施的国家标准中，建议＞45μm的金属粉末可以采用筛分法来测定粒度及粒度分布。筛分法的优点是检测范围宽、重复性好、设备成本低，缺点是检测效率低，人为误差大， 受筛网变形影响大。目前所用的筛网一般是金属丝编织筛网，网孔大小指方形网孔编织丝线 间的垂直距离。理论上标准球形颗粒通过筛网的最小孔径等于其颗粒直径，非球形颗粒通过 筛网的最小孔径约等于其颗粒弦长，如图4所示。 分别使用筛分法和动态图像法测量某粒度区间位于100μm-5mm的宽分布塑料颗粒，得到图8所示曲线。图8 宽分布塑料颗粒动态图像法与筛分法一致性曲线，横坐标为筛网目数 动态图像法分析仪器：Camsizer P4（Microtrac MRB） 筛分法分析仪器：AS200C（Retsch GmbH） 如图8所示，即使是粒度分布非常宽的样品，动态图像分析仪Camsizer也能够准确检测， 检测结果Xc min与筛分法结果高度一致，可以直接替代筛分法用于金属粉末的粒度和粒度分布测定。 实际筛分过程中，由于筛网的产地不同、标准不同、质量不同等多方面因素，再加上筛分过程中的人为误差，常常会产生非常大的筛分误差。为减小筛分误差，首先应选用经过计量认证的不易变形的标准筛网，其次，应使用振动筛分仪器在标准程序下进行筛分。 2.4 超大颗粒的检测灵敏度 增材制造金属粉末中少量大颗粒的存在会很大程度上影响粉体流动性和铺粉效率，从而影响成型件的结构强度，容易形成空隙和划痕，所以需要对金属粉末的粒度分布，尤其是超大颗粒的含量进行严格的控制。传统的激光粒度仪由于分析原理限制，对于超大颗粒的检测灵敏度仅为 2%左右。德国麦奇克莱驰 Microtrac MRB 的动态图像分析仪 Camsizer X2 采用 双摄像头技术，拍摄区域宽，分析精度高，对超标颗粒检测灵敏度可达 0.01%。 在约5克＜80微米的金属粉末样品（图9 上左）中加入约0.005克（0.1%）的超过200μm 的大颗粒（图9 上中），使用Camsizer X2检测该混合样品得到图9下粒度分布曲线。‍图9 动态图像分析仪Camsizer X2对超大颗粒的检测灵敏度 如图9下所示，Camsizer X2准确检测到0.1%的超大颗粒。继续添加不同组分的超大颗粒， 验证Camsizer X2对大颗粒含量的识别精度，得到如表3结果： 表3 Camsizer X2对不同组分大颗粒的检测精度即使低至0.005%含量的超大颗粒，Camsizer X2也能够准确识别，依靠其双摄像头成像 技术，Camsizer X2超宽的检测范围不会漏拍任何颗粒。 3. 静态图像分析法在增材制造领域的应用 此次实施的标准中，显微镜法也是测量粉末球形度的方法之一。显微镜配备测量软件， 即为一台静态图像分析仪器，方法依据《粒度分析 图像分析法 第1部分：静态图像分析法》 （GB/T 21649.1 2008）[4]。图10 德国麦奇克莱驰Microtrac MRB静态图像分析仪Camsizer M1 静态图像分析仪Camsizer M1配备最多6个不同倍数的放大镜头，可以清晰拍摄细至0.5 微米的颗粒，检测上限可达1.5毫米，完全覆盖金属粉末的粒度范围。 与动态图像法一样，静态图像法同时检测颗粒的多项粒度与粒形参数，如图13所示。分 别使用动态图像分析仪Camsizer X2与静态图像分析仪Camsizer M1检测粒度区间位于38-53 μm和90-106μm的颗粒样品，对比两种方法的优劣，得到图11所示粒度频率分布曲线与表 4检测数据。‍图11 动态图像分析与静态图像分析结果 动态图像分析仪：Camsizer X2 （Microtrac MRB） 静态图像分析仪：Camsizer M1 （Microtrac MRB） 表4 动态图像分析与静态图像分析检测结果静态图像分析仪样品统计量少，容易产生取样误差，适合窄分布的样品。由于颗粒统计量少，所以大颗粒对静态图像分析仪检测结果影响较大，如图11所示，90-106μm样品的静 态图像分析曲线连续性较差，为了增加颗粒统计数量提高统计代表性，静态图像分析仪检测 时间一般在10分钟以上。 由表4可知，窄分布细颗粒样品的动态图像与静态图像检测结果一致性较好，宽分布粗颗粒样品一致性较差；动态图像比静态图像分析时间短，颗粒统计量大。 同时，静态图像分析要求颗粒应以合适浓度均匀分散在载玻片上。Camsizer M1配备专门的粉末分散装置M-jet，使用10-70kPa的负压均匀分散粉末，避免由于分散不均造成的颗粒 堆叠、黏连现象，分散效果如图12所示。图12 采用M-jet分散的金属粉末总览图 Camsizer M1采用透射光与入射光两种光源，能够从多角度拍摄分析金属粉末，在软件中分别读取入射光颗粒图像与透射光颗粒图像，见图13。图13 Camsizer M1入射光（左）与透射光（右）拍摄的金属粉末原始图像 由于颗粒处于静止状态，并且光学系统性能更加优秀，静态图像分析仪的成像质量一般远远优于动态图像分析仪。Camsizer M1的入射光图像（图13 左）能够拍摄颗粒表面细节， 观察卫星颗粒、熔结颗粒以及异形颗粒的状态，有助于更深层次了解金属粉末。 总结 图像分析法在亚微米-毫米尺度内正被广泛应用于粉体粒度分布与颗粒形貌的分析，完美适用于增材制造金属粉末。 图像分析法分为动态图像分析与静态图像分析两种，动态图像法的优势是统计代表性好、 检测时间短，检测结果可以与激光衍射法和筛分法对比，适用于金属粉末的快速准确质检； 静态图像法的优势是图像清晰度高，可以观察更多金属粉末的表面细节，适用于研发，但静态图像法检测时间长、统计代表性有待提高，取样量少容易产生取样误差，摄像头的聚焦范围窄，不适用于宽分布样品的检测分析。参考文献 1. Microtrac MRB. 066 Metal Powders with Lazer Diffraction and Image Analysis Sync X2 EN 2. 郭瑶庆, 严加松, 舒春溪,等. 催化裂化催化剂形貌分析方法的建立[J]. 工业催化, 2020(3):73-77. 3. GB/T 21649.2-2017,粒度分析 图像分析法 第2部分:动态图像分析法[S]. 4. GB/T 21649.1-2008,粒度分析 图像分析法 第1部分:静态图像分析法[S]. 5. GB/T 15445.6-2014,粒度分析结果的表述 第6部分:颗粒形状和形态的定性及定量表述[S]. 6. GB/T 39251-2020,增材制造 金属粉末性能表征方法 7. 罗章, 蔡斌, 陈沈良. 动态图像法应用于海滩沉积物粒度粒形测试及其与筛析法的比较 [J]. 沉积学报, 2016, 34(005):881-891. 8. 涂新斌, 王思敬. 图像分析的颗粒形状参数描述[J]. 岩土工程学报, 2004, 26(5):659-662. 9. 杨启云, 吴玉道, 沙菲,等. 选区激光熔化用Inconel625合金粉末的特性[J]. 中国粉体技术, 2016(3):27-32. 10. [1]刘鹏宇. 典型选区激光熔化粉末的特性及其成型件组织结构的研究[D]. 兰州理工大 学. 11. Nan D , Zz A , Jl B , et al. W–Cu composites with homogenous Cu–network structure prepared by spark plasma sintering using core–shell powders - ScienceDirect[J]. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2019, 82:310-316. 12. EN ISO/ASTM 52907-2019,Additive manufacturing - Feedstock materials - Methods to characterize metal powders[S]. 13. VDI 3405 Blatt 2.3:2018-07 Additive manufacturing processes, rapid manufacturing - Beam melting of metallic parts - Characterisation of powder feedstock[S].作者：王瑞青 德国麦奇克莱驰 Microtrac MRB

导读：丹东百特有多台激光粒度仪服役于中农立华农药应用研发中心，为农业制剂研究贡献百特力量。近日，某仪器相关媒体走进中农立华农药应用研发中心，与中心主任张小军博士进行了深入交流，一起来看看百特用户的真实体验。中农立华农药应用研发中心主任 张小军博士农药是重要的农业生产资料，在有效防治病虫草害，保障粮食产量、安全方面发挥重要作用。但是农药利用率低下，大部分通过径流、渗漏、飘移等流失，对环境、生物及人体健康构成威胁。为降低农药使用量同时提高利用率，自2015年以来，农业农村部深入开展化肥农药使用量零增长行动，推进化肥农药减量增效。研究发现，农药制剂有效成分在喷施后形成的微粒粒度是影响药效的关键因素之一，合理控制粒度可充分发挥农药的药效潜能。为探究制剂粒度对农药施用效果的影响，近日，某仪器相关媒体走进中农立华生物科技股份有限公司农药应用研发中心，与中心主任张小军博士进行了深入交流。10年间，中农立华生物科技股份有限公司从不足10亿元发展到66.4亿元，从原药、联销、分装，延伸到制剂研发、应用技术、农药出口、植保机械… … 2019年，公司十周年高峰论坛上，面对环保高压、新《农药管理条例》、供给侧结构改革等给农化行业发展带来巨大的影响，中农立华确立打造“科技立华、服务立华、绿色立华”以更好地服务三农。为落实科技创新战略，2020年10月，中农立华农药应用研发中心实验室落成，研发中心设有制剂研发、产品化学检测、残留化学检测实验室三个区域，致力于制剂技术、植物保护产品及分析检测技术的研究和应用，将进一步促进公司各业务板块协同发展，为公司和行业提供更多技术支持与服务。中农立华农药应用研发中心主任 张小军博士主要从事农药制剂研发、分析及应用技术工作，从业经历近20年，为国务院政府特殊津贴获得者。农药减量增效的关键在于“粒度分布及其控制”诺贝尔奖获得者、世界著名小麦科学家Noman K. Borlang曾说过：“没有农药，人类将面临饥饿的危险。”据美国农业部和世界粮农组织测算，停止使用农药将导致作物产量降低30%，农产品价格提高50%-70%；农药使用可挽回全世界农作物总产量30%～40%的损失。农药是国家稳定和经济发展的重要战略物质，在当下及未来很长一段时间内不可或缺。我国为农药原料药生产大国，但原料药并不能直接使用，消费者终端实际使用的是制剂，农药制剂行业的发展受到越来越多关注；近15~20年来，中国在环境友好的农药制剂方面的进步很大。中农立华自主研发30%二甲戊灵悬浮剂、46%氟啶∙啶虫脒水分散粒剂等产品深耕市场多年，获得良好口碑，先后获得国家发明专利授权，取得了良好的经济和社会效益，这些成绩的背后离不开产品性能的精细化控制；此外，2020年6月由中农立华农药应用研发中心与天津立华牵头起草的《30%二甲戊灵悬浮剂》团体标准正式通过“CCPIA标准”委员会专家组评审，标准编号为T/CCPIA 046-2020。回顾我国农药发展历程，张小军说到：“我国农药研发及产业化取得了明显进展，与发达国家的差距正在缩小，已成为继欧美、日本后，为数不多的具备农药创制能力的国家。聚焦农药制剂，研发水平进步则更快，我刚入行时，从业人员规模区区几百人，如今已超过5000人，为我国农药制剂发展奠定了良好基础；近年来，我国在水基化环境友好型农药制剂，如悬浮剂、悬乳剂、水乳剂以及水分散粒剂等都取得了显著的成绩，尤其在干悬浮剂、可分散油悬浮剂等新剂型方面积累了大量经验和应用案例。当然，行业快速发展的同时也存在一些短板，如研发体系不健全，精细化程度不够，系统研究人员欠缺，难以组建完整的研发团队等，这些都是我们今后需要完善的。”“我在全国制剂大会中提出，可控粒径对于制剂研发至关重要，也是衡量研发水平的重要体现。当前国家出台相关政策，提倡农药减量增效，大家开始关注制剂稀释后的界面性能，其实，液液、固液分散体系中有效成分的粒度对于制剂应用效果的影响也很大，粒度控制越小，比表面积越大，接触生物靶标越充分，防治效果越好。此外，针对一些低熔点化合物的制剂，粒度分布是判断其研发成功与否的关键。粒度控制可助力农药减量增效，也是未来农药制剂的发展方向之一。”张小军继续讲到。10多年的农药制剂研发检测和评价实践——静态光散射与图像颗粒分析技术粒径控制离不开粒度分析仪器的助力。张小军十余年间，先后使用过3台激光粒度仪和1台粒度粒形分析仪，均购自丹东百特仪器有限公司，目前实验室正在运行的是去年新购置的Bettersize2600激光粒度仪与BT-1600静态图像颗粒分析系统。据张小军介绍，他用过的这3台激光粒度仪体积逐渐减小，性能则不断提升；期间还到访过百特两次，见证了这家国产仪器厂商的成长，感触最深的是企业近十年的发展之快，近日，百特12台顶级激光粒度分布仪批量出口德国，性能得到国外用户的充分认可，更为其国际化进程增添了浓墨重彩的一笔。农药制剂行业以应用技术为主，当初选购激光粒度仪时，操作人员比较关注仪器的重现性、数据可靠性、操作便利性、性价比几个重要指标。“同行交流是我们调研的主渠道，实践是检验仪器水平的重要标准。”张小军告诉笔者，“同大多数行业一样，在农药制剂细分领域，实验室在采购仪器时都会优先考虑进口品牌，但粒度分析产品不然。国产激光粒度仪在此领域占有率很高，尤其是百特的产品性价比高、售后服务到位、口碑好，所以值得信赖。另外，激光粒度仪的测试范围与准确度，以及不同剂型的通用性或者共用性，一台设备能否同时测定水溶性和油溶性的制剂、微米和纳米级的制剂等，都是研发人员关注的信息。经测试，百特的仪器可以满足我们的需求，还可以提供专业的解决方案。在日常使用过程中，针对不同粒径的悬浮剂、可分散油悬浮剂，百特的激光粒度仪都能测定出科学可靠的数据，满足我们的评价要求；尤其结合图像分析仪，在评价低熔点、水溶性活性成分体系，以及颗粒长大、结晶等方面都能做出很好的判断，是农药制剂研发检测和评价中的利器。”实验人员正在操作Bettersize2600激光粒度仪（图左）与BT-1600静态图像颗粒分析系统（图右）好仪器是用户和仪器企业一起“用”出来的除激光粒度仪及部分实验室常用设备外，实验室鲜见国产品牌的影子，张小军对此感慨良多：“好仪器是用出来的。百特成立26年之久，但发展最快的阶段是近十年，因为其仪器使用者越来越多，反馈与建议随之增多，促使仪器性能反复改进并优化。同样，各行业要给予其他国产仪器试错的机会，帮助其成长。”采访最后，谈及对百特产品和服务的改进建议，张小军坚定地说：“几乎没有，他们已经做的很好了”，他沉思片刻又说：“既然有这样一个问题，我就提一点，希望百特能深入农药制剂研发和生产检测单位，实地调研交流，线上线下联动，加强与客户之间的互动，收集客户在仪器使用过程中遇到的问题或建议，及时了解并满足其新需求，如此，百特的产品才能在农药制剂行业始终保持领先。”“百特是典型的‘专精特新’企业，小而精。专业的人做专业的事情，百特在董青云总经理的带领下取得了很多靓丽的成绩，他们有一支专业的队伍，其激光粒度仪在国内销量稳居第一。我相信国内其他检测仪器设备也会取得如此突破，解决一系列‘卡脖子’的问题。我从百特身上看到了希望，这就是民族制造业的希望和代表。”后记应用研发是整个农药研发中重要的一环，但技术研发枯燥、充满不确定性，张小军何以坚持如今？他告诉笔者，一是对这份工作的热爱，取得成绩的喜悦与满足感只是动力，内心的喜欢才是坚持的源泉；二是拥有优秀的平台和团队，团队的融洽相处与共同的荣誉感是研发成功的保障；三是要有视野，不断学习、借鉴、思考、总结才能持续提升与进步。这也是一位研发人员的基本素养。

导读：丹东百特有多台激光粒度仪服役于中农立华农药应用研发中心，为农业制剂研究贡献百特力量。近日，某仪器相关媒体走进中农立华农药应用研发中心，与中心主任张小军博士进行了深入交流，一起来看看百特用户的真实体验。中农立华农药应用研发中心主任 张小军博士农药是重要的农业生产资料，在有效防治病虫草害，保障粮食产量、安全方面发挥重要作用。但是农药利用率低下，大部分通过径流、渗漏、飘移等流失，对环境、生物及人体健康构成威胁。为降低农药使用量同时提高利用率，自2015年以来，农业农村部深入开展化肥农药使用量零增长行动，推进化肥农药减量增效。研究发现，农药制剂有效成分在喷施后形成的微粒粒度是影响药效的关键因素之一，合理控制粒度可充分发挥农药的药效潜能。为探究制剂粒度对农药施用效果的影响，近日，某仪器相关媒体走进中农立华生物科技股份有限公司农药应用研发中心，与中心主任张小军博士进行了深入交流。10年间，中农立华生物科技股份有限公司从不足10亿元发展到66.4亿元，从原药、联销、分装，延伸到制剂研发、应用技术、农药出口、植保机械… … 2019年，公司十周年高峰论坛上，面对环保高压、新《农药管理条例》、供给侧结构改革等给农化行业发展带来巨大的影响，中农立华确立打造“科技立华、服务立华、绿色立华”以更好地服务三农。为落实科技创新战略，2020年10月，中农立华农药应用研发中心实验室落成，研发中心设有制剂研发、产品化学检测、残留化学检测实验室三个区域，致力于制剂技术、植物保护产品及分析检测技术的研究和应用，将进一步促进公司各业务板块协同发展，为公司和行业提供更多技术支持与服务。中农立华农药应用研发中心主任 张小军博士主要从事农药制剂研发、分析及应用技术工作，从业经历近20年，为国务院政府特殊津贴获得者。农药减量增效的关键在于“粒度分布及其控制”诺贝尔奖获得者、世界著名小麦科学家Noman K. Borlang曾说过：“没有农药，人类将面临饥饿的危险。”据美国农业部和世界粮农组织测算，停止使用农药将导致作物产量降低30%，农产品价格提高50%-70%；农药使用可挽回全世界农作物总产量30%～40%的损失。农药是国家稳定和经济发展的重要战略物质，在当下及未来很长一段时间内不可或缺。我国为农药原料药生产大国，但原料药并不能直接使用，消费者终端实际使用的是制剂，农药制剂行业的发展受到越来越多关注；近15~20年来，中国在环境友好的农药制剂方面的进步很大。中农立华自主研发30%二甲戊灵悬浮剂、46%氟啶∙啶虫脒水分散粒剂等产品深耕市场多年，获得良好口碑，先后获得国家发明专利授权，取得了良好的经济和社会效益，这些成绩的背后离不开产品性能的精细化控制；此外，2020年6月由中农立华农药应用研发中心与天津立华牵头起草的《30%二甲戊灵悬浮剂》团体标准正式通过“CCPIA标准”委员会专家组评审，标准编号为T/CCPIA 046-2020。回顾我国农药发展历程，张小军说到：“我国农药研发及产业化取得了明显进展，与发达国家的差距正在缩小，已成为继欧美、日本后，为数不多的具备农药创制能力的国家。聚焦农药制剂，研发水平进步则更快，我刚入行时，从业人员规模区区几百人，如今已超过5000人，为我国农药制剂发展奠定了良好基础；近年来，我国在水基化环境友好型农药制剂，如悬浮剂、悬乳剂、水乳剂以及水分散粒剂等都取得了显著的成绩，尤其在干悬浮剂、可分散油悬浮剂等新剂型方面积累了大量经验和应用案例。当然，行业快速发展的同时也存在一些短板，如研发体系不健全，精细化程度不够，系统研究人员欠缺，难以组建完整的研发团队等，这些都是我们今后需要完善的。”“我在全国制剂大会中提出，可控粒径对于制剂研发至关重要，也是衡量研发水平的重要体现。当前国家出台相关政策，提倡农药减量增效，大家开始关注制剂稀释后的界面性能，其实，液液、固液分散体系中有效成分的粒度对于制剂应用效果的影响也很大，粒度控制越小，比表面积越大，接触生物靶标越充分，防治效果越好。此外，针对一些低熔点化合物的制剂，粒度分布是判断其研发成功与否的关键。粒度控制可助力农药减量增效，也是未来农药制剂的发展方向之一。”张小军继续讲到。10多年的农药制剂研发检测和评价实践——静态光散射与图像颗粒分析技术粒径控制离不开粒度分析仪器的助力。张小军十余年间，先后使用过3台激光粒度仪和1台粒度粒形分析仪，均购自丹东百特仪器有限公司，目前实验室正在运行的是去年新购置的Bettersize2600激光粒度仪与BT-1600静态图像颗粒分析系统。据张小军介绍，他用过的这3台激光粒度仪体积逐渐减小，性能则不断提升；期间还到访过百特两次，见证了这家国产仪器厂商的成长，感触最深的是企业近十年的发展之快，近日，百特12台顶级激光粒度分布仪批量出口德国，性能得到国外用户的充分认可，更为其国际化进程增添了浓墨重彩的一笔。农药制剂行业以应用技术为主，当初选购激光粒度仪时，操作人员比较关注仪器的重现性、数据可靠性、操作便利性、性价比几个重要指标。“同行交流是我们调研的主渠道，实践是检验仪器水平的重要标准。”张小军告诉笔者，“同大多数行业一样，在农药制剂细分领域，实验室在采购仪器时都会优先考虑进口品牌，但粒度分析产品不然。国产激光粒度仪在此领域占有率很高，尤其是百特的产品性价比高、售后服务到位、口碑好，所以值得信赖。另外，激光粒度仪的测试范围与准确度，以及不同剂型的通用性或者共用性，一台设备能否同时测定水溶性和油溶性的制剂、微米和纳米级的制剂等，都是研发人员关注的信息。经测试，百特的仪器可以满足我们的需求，还可以提供专业的解决方案。在日常使用过程中，针对不同粒径的悬浮剂、可分散油悬浮剂，百特的激光粒度仪都能测定出科学可靠的数据，满足我们的评价要求；尤其结合图像分析仪，在评价低熔点、水溶性活性成分体系，以及颗粒长大、结晶等方面都能做出很好的判断，是农药制剂研发检测和评价中的利器。”实验人员正在操作Bettersize2600激光粒度仪（图左）与BT-1600静态图像颗粒分析系统（图右）好仪器是用户和仪器企业一起“用”出来的除激光粒度仪及部分实验室常用设备外，实验室鲜见国产品牌的影子，张小军对此感慨良多：“好仪器是用出来的。百特成立26年之久，但发展最快的阶段是近十年，因为其仪器使用者越来越多，反馈与建议随之增多，促使仪器性能反复改进并优化。同样，各行业要给予其他国产仪器试错的机会，帮助其成长。”采访最后，谈及对百特产品和服务的改进建议，张小军坚定地说：“几乎没有，他们已经做的很好了”，他沉思片刻又说：“既然有这样一个问题，我就提一点，希望百特能深入农药制剂研发和生产检测单位，实地调研交流，线上线下联动，加强与客户之间的互动，收集客户在仪器使用过程中遇到的问题或建议，及时了解并满足其新需求，如此，百特的产品才能在农药制剂行业始终保持领先。”“百特是典型的‘专精特新’企业，小而精。专业的人做专业的事情，百特在董青云总经理的带领下取得了很多靓丽的成绩，他们有一支专业的队伍，其激光粒度仪在国内销量稳居第一。我相信国内其他检测仪器设备也会取得如此突破，解决一系列‘卡脖子’的问题。我从百特身上看到了希望，这就是民族制造业的希望和代表。”后记应用研发是整个农药研发中重要的一环，但技术研发枯燥、充满不确定性，张小军何以坚持如今？他告诉笔者，一是对这份工作的热爱，取得成绩的喜悦与满足感只是动力，内心的喜欢才是坚持的源泉；二是拥有优秀的平台和团队，团队的融洽相处与共同的荣誉感是研发成功的保障；三是要有视野，不断学习、借鉴、思考、总结才能持续提升与进步。这也是一位研发人员的基本素养。

p　　strong仪器信息网讯/strong 2018年9月5日，日本最大规模的分析仪器展JASIS 2018在东京幕张国际展览中心盛大开幕，吸引来自全球各地的万余名观众参观出席。/pp　　作为世界知名材料表征领域仪器供应商，马尔文帕纳科公司再次亮相JASIS 2018，并在展会期间带来其两款全新纳米粒度仪产品Zetasizer® Pro和Zetasizer® Ultra。/pp　　据介绍，新产品基于市场领先并广泛使用的Zetasizer Nano系列，通过使用动态光散射和电泳光散射技术，在颗粒尺寸、分子大小和Zeta电位的测试质量与速度上有显著的提升，并获得了2018年红点设计奖。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/4125ab4e-be8e-4e07-8050-71055398c36c.jpg" title="018.jpg" alt="018.jpg"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "马尔文帕纳科新款Zetasizer® Pro(右)和Zetasizer® Ultra(左)纳米粒度电位仪/span/pp　　马尔文帕纳科Zetasizer Pro/Ultra系统的ZS Xplorer软件，引入了新的样品中心流程概念，使得其方法设计和数据分析对新用户而言更为直接，同时保留了完整的对于光散射法应用的用户体验。新的分析功能首次回应了使用动态光散射法表征微粒和分子过程中存在的尘埃或团聚这一关键问题，通过从结果中滤除这些杂质的曲线来得到一个更真实的样品信息。通过集成的、深度学习的、授权的数据质量指导的支持，为用户测量结果提供即时反馈，以及对于低质量数据的改进提供可操作的建议。/pp　　Zetasizer Ultra另一个与众不同之处是其专利的多角度动态光散射(MADLS® )技术，可以自动通过多角度进行检测，为待测样品提供了更高的分辨率和更完整的粒径分布信息。MADLS还可以分析不同粒径范围的颗粒浓度，可对大部分材料可进行无需校准的浓度分析。新的可抛弃性毛细管粒径检测池实现了无损检测，将低容量(3微升)分析的粒度上限扩展到了10微米，在降低成本的同时还可提高数据质量。通过这些独特而强大的功能，Zetasizer Ultra的速度和易用性是卓越超群的，使其成为目前业内最先进的光散射系统。/p

p style="text-indent: 2em "在线激光粒度分析仪由一般由采样系统、物料稀释系统及激光测量系统三大部分组成。其与常规离线的激光粒度粒度分析的区别主要在于采样和稀释不同。/pp style="text-indent: 2em "采样系统：/pp style="text-indent: 2em "水和浆料会同时流过取样阀两条管道，管道一接着粒度测量系统，管道二是生产线的旁路。当系统发出采样信号时，取样阀会旋转180度，从管道二取出一部分样品进入了管道一，被输送到下一个部件–稀释器。为保证取样的代表性，每次采样阀动作5次，即采5个2.5ml的样品，再进行稀释测量。/pp style="text-indent: 2em "稀释系统：/pp style="text-indent: 2em "结合使用预稀释器和级联稀释器。预稀释器是一个装有气动搅拌器以及用于控制稀释状态的液位传感器的容器。浆料样品自动地注入预稀释罐进行第一步的稀释，样品通过罐内的搅拌器自动混合，高低位传感器自动地控制预稀释罐的填充和清空。级联稀释器以同轴文氏管为基础，没有运动部件，可以同时稀释和同时分散。联稀释器的设计使用了流体力学模型软件。每个文氏管的动力来自于外部的供水，当通过文氏管区域的时候流体的速度增加。能加入额外的文氏管来增加稀释率。两个稀释仪均可进行自我清理，以便最大限度地减少任何应用中的稀释液用量。级联稀释器内部的文氏管喷更有效分散颗粒使测量数据准确可靠，防止稀释休克。/pp style="text-indent: 2em "激光粒度仪的测量基本原理是：当粒子流通过光学测量池时探测器收集特定时刻特定范围内的散射光，通过大量的扫描并对结果取平均值，得到具有代表性的散射模式。根据Mie理论，光碰到圆形的粒子时发生散射，如果知道粒径和粒子的光学特性，如折光率和吸光度，就能够精确地预测光的散射模式。每种尺寸的离子具有它自身的特征散射模式，就象指纹一/pp style="text-indent: 2em "样，没有一个是重复的。从这一理论反推，确定一系列粒子的散射模式，就可以得到这个系列的粒径及各种粒子所占比例，即粒度分布。/pp style="text-indent: 2em "在线激光粒度仪具有如下的性能特点：/pp style="text-indent: 2em "1.能给出极为详尽的粒度分布数据。包括粒度分布表、粒度分布曲线、中位径、平均粒径、边界粒径（能根据用户需求界定粒度分布范围）。/pp style="text-indent: 2em "2.测量范围大,能覆盖的整个粒度范围。在一个量程内就能测量小至亚微米(约0.1 μ m)，大至数百微米的粉体粒度。/pp style="text-indent: 2em "3.测量速度快。测量一个样品只需3分钟左右,相当快捷。操作方便。现场安装完毕后，可在计算机上进行远程操作。/pp style="text-indent: 2em "在线激光粒度仪可实现实时监测产品的粒度，具有操作简单、快速、准确的特点，在浆料性质变化不大的条件下，在线分析数据趋势比较平稳，分析稳定性较好。数据分析具有一定的代表性。随着工业生产对粒度检测实时性和速度的要求越来越高，在线激光粒度仪的研究和应用也日益广泛。/pp style="text-indent: 2em "关于在线的粒度检测标准，冶金行业已有YB/T 4605-2017《烧结矿在线自动采样、制样、粒度分析及转鼓强度测定》和YB/T 4547-2016《焦炭在线自动采样、制样、粒度分析及机械强度测定技术规范》，但所用的方法都为筛分法。在线激光散射/衍射法相关粒度检测尚无国家及行业标准出台。另外，值得一提的是，烟台德信仪表有限公司有企业标准Q/0600YDX 001-2017 《在线粒度分析仪》出台。/p

在浩瀚无垠的海洋中，隐藏着一个对生态平衡至关重要却常被忽视的秘密——悬浮颗粒的复杂粒径组成。这些微小的颗粒物不仅是海洋沉积物生成的关键指标，也直接影响着海洋生态系统的健康与人类社会的福祉。近年来，随着技术的进步，科学家们开始采用精密仪器来深入探索这一领域，其中，Analysette 22 NeXT激光粒度仪正成为揭示海洋微世界奥秘的强大工具。海洋微粒：未知的威胁在日本海的阿贾克斯湾，研究者们收集了宝贵的样本，随后进行了深入分析。目标是通过先进的技术手段，揭开海底焊接与切割作业过程中产生的悬浮颗粒的神秘面纱。这一过程看似遥远，实则与我们息息相关——因为这些微米级的颗粒物，正是对人类及海洋生物健康构成潜在威胁的因素。青岛鑫龙达海洋工程有限公司 _水下检验, 水下清理清淤与打捞救助,水下焊接切割,水下绳据切割 (qdxld.cn)在这个实验中，从距离日本海阿贾克斯湾海岸30米的表层收集了20个水样。实验中的被测颗粒是通过使用特殊的药芯焊丝PPS-APL2 D-1.6mm（技术要求1274-001-83763787）在海水中焊接和切割金属而获得的，速度为-265mm/min。使用“VD-309P焊接整流器”作为焊接机。60秒后取样，这对应于水下焊接1个电极的燃烧时间。激光科技的力量：精准解析微小世界在这项前沿研究中，Analysette 22 NeXT激光粒度仪发挥了核心作用。这款高科技设备能够精确测量和分析颗粒大小分布，其精度之高，轻松捕捉到直径小于10μm的微小粒子。这些数据对于理解海洋环境中污染物的动态以及它们对生态系统的影响至关重要。无人为影响的海洋悬浮颗粒粒径分布的累积曲线执行水下切割后海洋悬浮颗粒粒径分布的累积曲线 执行水下焊接工作后海洋悬浮颗粒的粒度分布中，可看出所有样品中9.9μm微粒的峰值，主要颗粒分数为60%。焊接下的海洋：未被充分认识的污染源研究表明，海底焊接作业期间，直径小于10μm的颗粒物占比高达30%至60%。这意味着，这些细微的污染源不仅广泛存在，而且其浓度水平足以对海洋生物造成负面的毒理学效应，进而威胁整个海洋生态系统的稳定性和多样性。悬浮颗粒粒径分布测量结果的比较直方图显示，在人为影响下，水下焊接过程中主要排放粒径小于10μm的有害物质。从科研到行动：保护海洋生态的紧迫使命该研究揭示了水下焊接活动可能对海洋生态系统的水生生物产生负面的毒理学效应，强调了研究悬浮颗粒复杂粒度组成的重要性，尤其是在评估和管理海洋环境中的人为污染源时。这项研究成果不仅仅是学术上的突破，更是对环境保护的强烈呼吁。了解这些微粒的来源、分布及其潜在危害，是制定有效环保策略、减少人类活动对海洋环境影响的前提。借助如Analysette 22 NeXT这类高精度仪器，科学家们能够更准确地评估海洋污染状况，为政策制定者提供科学依据，共同推动更加可持续的海洋开发利用方式。总之，随着科技的进步，我们有了揭秘海洋微粒世界的利器。然而，技术的革新也要求我们以更加负责任的态度去使用这些知识，共同努力保护好地球上这片最后的蔚蓝。Analysette 22 NeXT激光粒度仪的运用，不仅是一项科学研究的成就，更是向实现海洋生态保护迈出的重要一步。

p style="text-indent: 2em "本文简述了作者团队近几年已经完成的部分研究成果或已经发现而正在解决的激光粒度仪的理论和技术问题。用户了解这些内容对正确认识和更好利用粒度仪器及其输出的测试结果会有所裨益。/pp style="text-indent: 2em "1 爱里斑的反常变化（Anomalous Change of Airy disk，简称ACAD ）对及其对激光粒度测量的影响/pp style="text-indent: 2em "前文已经叙述过，激光粒度仪是建立在“颗粒越大，散射光斑（爱里斑）越小”这一物理现象之上的。这一现象使得爱里斑的尺寸与颗粒大小呈现一一对应关系。而作者团队的研究成果（参见论文：L. Pan, F. Zhang, et al. Anomalous change of Airy disk with changing size of spherical particles [J]. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2016,170: 83-89）表明，这种物理现象对吸收性颗粒来说，或者透明颗粒从粒径变化的大尺度上看是正确的。但如果颗粒是透明的，那么从某些较小的粒径区间看，有时会出现相反的情况，即：颗粒越大，爱里斑也越大。我们把这种现象称作爱里斑的反常变化（英文简称“ACAD”）。/pp style="text-indent: 2em "下图是基于Mie散射理论，用数值计算的方法绘制的散射光斑模拟图，形象地显示出光斑大小的变化。这里假定颗粒分散在折射率为1.33的水介质中，照明光波长0.633微米。先看第一行，颗粒折射率取1.59，故相对折射率为1.20。从（a1）到（a4），颗粒直径分别为2.88μm, 3.28μm, 5.30μm, 6.06μm，逐步增大；对应的散射光斑角半径（从亮斑中心到第一个暗环的角距离）分别为8.09° ，13.06° ，5.08° ，7.90° ，时大时小。粒径从2.88μm增大到3.28μm,时，爱里斑尺寸则从8.09° 增大到13.06° ，属于反常变化；粒径从5.30μm增大到, 6.06μm，爱里斑尺寸从5.08° 增大到7.90° ,也属于反常变化。图7中的（b1）到（b4）是m 为1.1，颗粒直径分别为5.91μm，6.82μm，10.90μm，11.81μm对应的散射光斑，角半径分别为4.24° ，7.02° ，2.61° ，4.35° ，也是振荡减小的。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/3ad14d66-db52-460b-b9e1-ba3ee2c52995.jpg" title="1.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong 爱里斑图像随着粒径增大而变化/strong/pp style="text-indent: 2em "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/4f396c68-da7c-44fd-8227-d1b3f65bcafc.jpg" title="2.png"//pp style="text-indent: 2em "图中红色曲线是根据Fraunhofer衍射理论得到的爱里斑尺寸随无因次参量的变化，它是一条单调下降的曲线。蓝色曲线是根据Mie理论计算的透明颗粒的爱里斑尺寸变化曲线，可以看出它是振荡的。我们把爱里斑尺寸随粒径的增大而增大的粒径区域，称为“反常区”。图中还表达出折射率实部仍然取1.2，但颗粒有吸收时爱里斑尺寸的变化。可以看出，随着吸收系数的增大，反常现象会逐步消失。在该图所设定的情形中，吸收系数达到0.1时，反常现象即完全消失（绿色曲线）。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/9059b5e1-eadd-4451-b427-f6642c42419e.jpg" title="3.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong 爱里斑尺寸随粒径变化曲线/strong/pp style="text-indent: 2em "凭直觉我们就能想到，反常现象的存在可能导致爱里斑尺寸与颗粒大小不再一一对应，从而使得仪器根据光能分布反演粒度分布产生困难。作者团队进一步的研究表明，爱里斑的振荡随着粒径的增长会反复出现直至永远。其振荡周期会趋近于一个常数。而反常现象对粒度分布反演的困扰主要发生在第一个反常区（参考文献：L. Pan, B. Ge, and F. Zhang. Indetermination of particle sizing by laser diffraction in the anomalous size ranges[J]. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2017, 199:20-25）。/pp style="text-indent: 2em "作者团队已经推导出第一个反常区的中心粒径（反常区内Mie理论曲线与Fraunhofer曲线的交点）公式为：/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/be81374b-33fc-4075-a312-18647c7e952f.jpg" title="4.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 2em "从上式可以看出，反常现象对任意折射率的透明颗粒都存在。颗粒折射率越大，第一个反常中心的数值就越小。当被测颗粒的粒径分布落在反常区域，即上述公式给出的粒径位置周围时，将出现两个不同的粒度分布对应于相同的光能分布的情况，从而给粒度分布的反演带来不确定或者错误的结果。对此现象，各激光粒度仪厂商各有应对的方法，比如，真理光学的研发团队就在对ACAD现象深入研究的基础上，成功地解决了该现象对粒度测量的困扰，并已应用在真理光学的激光粒度仪产品中。/pp style="text-indent: 2em "2 平行平板测量池带来的全反射盲区/pp style="text-indent: 2em "所谓“全反射”就是当光线从折射率较大的空间（光密媒质）射向折射率较小的空间（光疏媒质）时，如果入射角较大，则光线将全部反射回光密媒质，不能传播到光疏媒质中。在激光粒度仪中，如果用液体分散待测颗粒（称为“湿法测量”），由于光电探测器总是安装在空气中，那么散射光就是从光密媒质向光疏媒质传播。目前市面上流行的激光粒度仪都是用平行平板玻璃作为测量池的窗口，这就会带来全反射的问题。如下图所示，当散射角比较小时，散射光能够穿过平行平板玻璃进入到空气，从而被光电探测器接收。假设分散介质是水（折射率1.33），那么根据折射定律可以算出全反射角为48.57° ，即在入射光垂直于玻璃表面的情况下，当散射角达到该角度时，光线进入空气的折射角等于90° （称为“全反射临界角”）；当散射角继续增大，散射光将全部被玻璃-空气界面反射，回到测量池内，故称全反射。此时没有任何散射光出射到空气中。实际上置于空气中的探测器不可能摆在90° 的方向，常见的最大角为70° 左右，对应于水中的散射角为45° 。所以对前向散射来说，仪器只能接收散射角小于45° 的散射光。45° 到90° 的散射光不能被探测，这个角度范围即为测量盲区。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/62269a7f-254a-4c5d-8872-c0062969f795.jpg" title="5.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong散射光在平行平板玻璃测量池内的全反射现象示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "对采用平行平板玻璃的测量池，即使设置了后向散射探测器，其后向能接收的最小散射角为135° （=180° -45° ）。就是说45° 到135° 之间是测量盲区。该盲区对应于0.3到0.1微米的颗粒。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/51eeae4c-813c-4ec8-90a6-5f99ce16cd00.jpg" title="6.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center " strong双光束照明的光学结构/strong/pp style="text-indent: 2em "引入另一束不同波长的照明光（以下称为“辅助照明光”或“辅助光束”），是加强激光粒度仪对亚微米颗粒测量能力的一种手段，如上图所示。一般来说辅助光束应该以较大的倾斜角入射到测量池中，从而使得测量池内大于45° 的散射光也能出射到空气中。例如，辅助光从空气入射到测量池的入射角为43° ，则对应于水中的倾斜角为31° 。该光束被颗粒散射后，逆时针方向最大76° （=31+45）的散射光，相对于水-玻璃界面，入射角也只有45° ，所以能够出射到空气中被探测器接收。另一方面，辅助光一般采用波长较短的蓝光，以扩展测量下限。/pp style="text-indent: 2em "真理光学则采用了梯形玻璃的测量窗口，能够较好地解决全反射对亚微米颗粒测量的影响。下图是真理光学LT3600plus激光粒度仪的结构示意图。该仪器包含了多项创新成果。就激光粒度仪的核心技术之一——光学结构来说，主要有两项：一是用一体化的偏振滤波取代了传统的针孔滤波，使仪器的抗震能力极大地提高，完全避免了针孔滤波所固有的易偏移，难调节的麻烦；二是用独创的改进型梯形窗口取代了传统的平板窗口。本文重点讨论第二点。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/fe3173a2-dec7-4250-bf55-92c9a964348d.jpg" title="7.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong真理光学LT3600plus的光学结构示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "梯形玻璃测量池的工作原理见下图。在这种结构中，前向的平板玻璃被换成了梯形玻璃，同时在梯形玻璃的平行面与斜面相交的棱上加了一片防串条，并且给超大角探测器设置了遮光格栅。当光轴上方的超大角（大于全反射角）散射光传播到玻璃—空气界面时，正好落在玻璃的斜面上。此时散射光到达斜面的入射角总是小于玻璃-空气界面的全反射角，因此能够出射到空气中，从而解决了平板玻璃结构的全反射问题。必须说明的是，这种梯形结构20多年前就有人提出过。但是这种结构在应用中存在一个麻烦的问题，就是从平面出射的散射光和从斜面出射的散射光在空气中会相互串扰。真理光学通过前述的防串条和遮光格栅，巧妙地解决了串扰问题，故此能把梯形玻璃测量池应用在实际的粒度仪中。该方案用一束照明光解决了全反射盲区问题。下图（第二张）是LT3600Plus仪器对对0.1、0.2、0.4、0.5、1.0微米单分散标准颗粒的测量结果综合。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/24748398-5f6f-41b3-9d65-6a2a6dfd5d7b.jpg" title="8.jpg"//ppbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center " strong改进的梯形玻璃测量池工作原理图（不包含后向接收）/strong/pp style="text-indent: 0em "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/0f4aa241-55ef-4927-b1b4-8ff2a4bb20e1.jpg" title="9.jpg"//strong/ppbr//pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong LT3600Plus测量各种亚微米颗粒的结果综合/strong/pp style="text-indent: 2em "3 折射率数据获取的困难及解决之道/pp style="text-indent: 2em "用激光粒度仪测量样品时，需要预先输入样品的折射率。折射率数值如果不对，将导致错误的测量结果。目前一般是通过查找文献资料获得颗粒的折射率数值（粒度仪厂家虽然在仪器软件中也提供了部分物质的折射率数据，但也是从公开的文献中引用过来）。但是在实际操作中，折射率数据的问题，还是会困扰激光粒度仪的使用。主要原因是：/pp style="text-indent: 2em "（1）有些样品的折射率在公开文献中查不到；/pp style="text-indent: 2em "（2）有时查到的折射率数据与实际折射率不符。原因是：/pp style="text-indent: 2em " （2a）物质中的杂质含量会影响折射率的数值。如果待测物质的实际杂质含量与文献提供数据所对应的杂质含量不一致，那么待测物质的实际折射率与文献提供的折射率数值也不一致。/pp style="text-indent: 2em "（2b）物质的折射率随照明光的波长变化。激光粒度仪的主光束通常是红光，波长大约633纳米到655纳米。文献提供的折射率数据对应的光波长很少是这个范围的。最常见的折射率是用钠黄光（波长589纳米）测量得到的。因此实际折射率与文献提供的数值可能不一致。/pp style="text-indent: 2em "准确地获得被测颗粒的折射率，成为激光粒度仪应用的重要问题之一。/pp style="text-indent: 2em "在各种解决方法之中，真理光学的研发团队提出了一种利用激光粒度仪测量得到的散射光分布本身计算待测颗粒的折射率的方法（已申请发明专利）。可以自动测定颗粒尺寸远大于光波长情况下颗粒的折射率。/pp style="text-indent: 2em "本方法所依据的基本原理是：当颗粒的尺寸远大于光波长（典型值为10倍以上），且只考虑小角度（通常小于5º ）范围内的光强分布时，散射光分布可以用Fraunhofer衍射理论比较精确地描述。而Fraunhofer衍射理论给出的光能分布与颗粒的折射率无关，只与颗粒尺寸有关；同时在小角范围内，Fraunhofer衍射理论与Mie理论的数值高度吻合，因此我们可以根据散射光在小角范围内的分布和衍射理论确定样品的粒度分布，再利用大角散射光及前面用衍射理论获得的粒度分布，通过简单的迭代算法，计算出颗粒的折射率实部和虚部。/pp style="text-indent: 2em "4 其他问题/pp style="text-indent: 2em "衍射法粒度测量还存在一些其他的值得进一步研究的问题。例如当颗粒浓度很高时，散射光被颗粒多次散射（称为“复散射”）对测量结果的影响，颗粒形状偏离球形是怎样影响测量结果的等等，这些问题都有待研究者们继续探索下去。/pp style="text-indent: 2em "本文中，张福根博士基于自己多年来的研发成果，深入探讨了激光粒度仪存在的几个前沿问题，激光粒度仪的复杂性由此可见一斑，其未来的发展仍然让人期待。不过作为粒度粒型检测分析的重要仪器，有关激光粒度仪的话题不仅是高山流水的学术研究，同时也是日常实验检测中的亲密伙伴，在实际应用中我们应该选择什么样的激光粒度仪呢？下一篇张福根专栏|激光粒度仪选型建议将为你提供参考。/pp style="text-indent: 0em text-align: right "（作者：张福根）/pp style="text-align: left text-indent: 2em "更多精彩内容尽在a href="http://www.instrument.com.cn/zt/YYMMG" target="_self" title="" style="color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline "span style="color: rgb(0, 176, 240) "激光粒度仪应用面面观/span/a。br//p

p style="text-indent: 2em "在粒度测量的诸多手段中，激光粒度仪无疑占据着统治地位。但在激光粒度仪的实际应用中，人们经常遇到一个令人困惑的现象：同一个样品给不同品牌甚至同一品牌不同型号的激光粒度仪测量时，所得结果有很大差异（指大于合理的允许误差范围）。span style="text-indent: 2em "剔除取样代表性、操作过失等人为因素的影响，作者认为这种差异本质上来自于当前各种激光粒度仪的内在技术缺陷。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "本文首先简述激光粒度仪的工作原理，阐明在理想条件下不同仪器应该能得到相同的测试结果的道理。然后讨论当前具有代表性的几种激光粒度仪的光学系统缺陷，这些缺陷造成承载被测颗粒大小信息的散射光分布信号不能被完全接收，从而导致最终的误差。不同仪器有不同的光学缺陷以及为弥补光学缺陷采取了各自独立的软件修饰方法，导致相互间结果出现差异。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "另外作者所在研究团队发现，对透明颗粒，激光粒度仪得以建立的基本物理规律（颗粒越小，散射角度越大）在有些粒径区间并不成立，我们称之为爱里斑的反常变化（ACAD）现象[1]。如果用通常的（把散射光分布转换成粒度分布）反演算法，该现象会导致反常区域内测量结果的不稳定或明显偏离真实（例如出现不应有的多峰分布）。为了掩饰这种偏差，不同的仪器厂家也用了不同的修饰方法，从而导致相互之间结果的不可比。下文将逐一展开讨论。/span/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "strongspan style="font-size: 18px color: rgb(0, 176, 80) "一、激光粒度仪的工作原理/span/strong/h1p style="text-indent: 2em "激光粒度仪所依据的物理原理是：当光束照射到颗粒上时，会偏离原来的传播方向。当颗粒较大，尤其当颗粒具有较强的吸收性时，这种偏离的规律可以用光的衍射理论[2]描述，因此该仪器在诞生时的正式名称是“激光衍射法粒度分析仪”。但是在更一般的情况下，例如颗粒尺寸小于光波长，或者颗粒尺寸与光波长的尺度相近，并且对照明光透明，衍射理论不再适用，这时就需要用严格建立在麦克斯韦电磁波理论基础上的米氏散射理论[3]来描述。近年来国际上越来越多地把这种仪器称为“静态光散射法粒度分析仪”。/pp style="text-indent: 2em "这里强调“静态”，是因为还有一种“动态”光散射粒度仪，又称为“动态光散射纳米粒度仪”。这是两种不同原理、适用于不同粒径范围的粒度分析仪，但都用激光作为光源，且都利用了颗粒的散射光信号。静态光散射粒度仪认为在某个测量点上，散射光的信号不随时间变化（因而是静态的），测量粒度是利用不同散射角上的散射光信号，即散射光的空间分布；而动态光散射粒度仪是在一个固定的散射角上测量散射光随时间的变化。/pp style="text-indent: 2em "在一定条件下，颗粒越大，散射光的分布范围越广，见图1。当颗粒为理想圆球时（粒度测量中，都假设颗粒是理想圆球），散射光斑由中心的亮斑和外围一系列明暗相间的同心圆环组成，这样的光斑称为“爱里斑（Airy Disk）[2]”。中心亮斑包含了衍射光（从一般意义上说，颗粒的散射光可近似看成衍射光和几何散射光的相干叠加，但是几何散射光不包含颗粒大小的信息，换言之，颗粒大小信息只包含在衍射光的分布中）总能量的83.8%[2]，因此通常把中心亮斑的角半径（从光斑中心点到第一个暗环的角距离）作为爱里斑的半径，或作为颗粒对光的散射角，如图1中的。业界普遍认为：颗粒越小，越大。或者说：颗粒大小与爱里斑大小有一一对应关系。span style="text-indent: 2em " /span/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/0a92c26f-9514-44bb-81eb-2b9a575840f3.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图1 颗粒对光的散射现象示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "激光粒度仪的原理图见图2。从激光器发出的细激光束经过空间滤波和准直，成为一束平行、纯净的扩展光束，然后照射到测量池内。被测颗粒分散悬浮在池内的分散介质（例如，水）中。入射光如果遇到颗粒，就被散射，形成散射光；没有遇到颗粒的光仍然是平行光，沿着原来的方向传播。后者经过傅里叶透镜后被会聚到光电探测器的中心，并穿过中心上的小孔，被中心探测器接收。散射光经过傅里叶透镜后，相同散射角的光被聚焦到探测器的同一点上。因此探测器上的一个点代表一个散射角。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/30adc066-e066-49ea-a9b0-fa68ea9f5877.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong图2 激光粒度仪工作原理示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "探测器由多个独立的探测单元组成，每个单元对应一个散射角区间。单元序号从探测器的中心往外，逐渐增大。探测单元的中心对应的散射角以及单元的接收面积均随着序号增大呈指数式增大。每个单元输出的光电信号正比于投射到该单元上的散射光功率（习惯上称为“光能”）。所有单元输出的信号组成了散射光能分布。虽然任意大小的颗粒的散射光斑的中心亮斑都是中心强而边缘弱，但是散射光能分布的峰值则总是处在某个探测单元上。颗粒越小，散射光斑越大，散射光能分布的峰值就越往外，如图3所示。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/44cd191a-2d5a-4371-8182-a1550ac56046.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图3 散射光能分布示例/strong/pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 461px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/8cf88b1b-9997-41d5-888c-b955ff8a0543.jpg" title="4.png" alt="4.png" width="664" height="461" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em "从形式上看，仪器通过测量直接得到散射光的分布后，求解上述线性方程组，就可得到粒度分布 ，即粒度分布。但实际上该方程的系数矩阵的阶数高达30以上，通常是病态的，不能直接求解，而只能通过一种特定的迭代算法求出。这个迭代算法是激光粒度仪的关键技术之一，称作“反演算法”。/pp style="text-indent: 2em " 由于现实的仪器都存在测量误差，即直接测量得到的散射光分布 与被测颗粒散射形成的真实的散射光分布有一定的偏差，因而通过反演计算获得的粒度分布也与真实的粒度分布有一定的偏差。在此将反演计算得到的粒度分布记为 ， 与之对应的光能分布为/pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 279px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/023a9645-5777-486c-b9ed-bd67278142bf.jpg" title="5.png" alt="5.png" width="664" height="279" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em "从以上叙述可以看出，激光粒度仪能给出准确测量结果的要素有三：/pp style="text-indent: 2em "（1）获得足够准确的散射光能分布；/pp style="text-indent: 2em "（2）粒径与散射光能分布之间有足够好的一一对应关系（下文称为“特异性”）/pp style="text-indent: 2em "（3）反演算法合格（通过模拟计算可以验证）/pp style="text-indent: 2em "激光粒度仪经过几十年的发展，已经有多种公开报道的可用于实际的反演算法[4]，实现上述第（3）条并不难。所以，只要第（1）、（2）条得到满足，就可获得足够准确的粒度分布数据。而正确的结果只有一个，因此如果不同的激光粒度仪都能给出正确的结果，那么这些结果在合理的误差范围内就应该是一致的。下面看一个实测的例子：/pp style="text-indent: 2em " 图4是两种不同仪器测量同一样品的测量数据。/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/930ad661-7e73-4959-ac40-7bbf2d0edac8.jpg" title="6.jpg" alt="6.jpg" style="text-indent: 2em max-width: 100% max-height: 100% "//pp style="text-align: center text-indent: 0em "（a）真理光学LT2200仪器的测量结果/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/248a96bb-e7d6-4c67-abda-dab786cc7b47.jpg" title="7.jpg" alt="7.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "（b）某国外仪器的测量结果/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong图4 两种激光粒度仪测同一种陶瓷介子粉的测试报告/strongbr//pp style="text-indent: 2em "这两种仪器给出的D50值分别为75.76µ m和75.93µ m，相对误差0.2%；D90值分别为127.02 µ m和126.13 µ m，相对误差0.7%；D10值分别为41.51µ m和44.28µ m，相对误差6.5%。可见这两个结果的吻合度相当好。/pp style="text-indent: 2em "下文讨论造成仪器之间结果不一致的两个内在因素。span style="text-indent: 2em " /span/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "span style="color: rgb(0, 176, 80) font-size: 18px "二、大角散射光测量盲区对亚微米颗粒测量的影响/span/h1p style="text-indent: 2em "颗粒的散射光分布在0到180° 的所有方向上。当颗粒远大于光波长时，散射光的中心光斑主要分布在前向较小的角度上。随着颗粒的减小，散射光的分布范围逐步扩大，直至后向（大于90° ）。因此，一台理想的激光粒度仪应该能够在全角度上测量散射光。然而目前商品化的激光粒度仪都不能完全覆盖0到180° 的范围。/pp style="text-indent: 2em "图2所示的激光粒度仪的光学系统是经典的光学系统。早期的激光粒度仪几乎全都采用这种光路。它只能测量前向的散射光，其最大散射角的接收能力受傅里叶透镜的孔径限制。现存的采用经典光路的仪器的透镜孔径对测量池中心的最大张（半）角，从空气中看为40° 。如果颗粒悬浮在水介质中，那么从水中看，该系统能接收的最大散射角只有29° 。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/70eab1d0-34e5-4aca-bcbe-278bb8d77fe9.jpg" title="8.jpg" alt="8.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图5 逆傅里叶变换系统示意图/strong/pp style="text-indent: 2em "图5是当前较流行的一种光学系统，称为“逆傅里叶变换系统”。它用会聚光照明被测颗粒。通过数学推导可以知道，在小散射角上，它与经典傅里叶变换系统一样，也能实现同方向散射光的理想聚焦。但在大角度上聚焦不良，不过可通过光学计算，在散射光能矩阵上对聚焦不良带来的不利影响加以弥补。它的好处是突破了傅里叶透镜孔径对系统接收角的制约，扩展了激光粒度仪的测量角。/pp style="text-indent: 2em "虽然突破了傅里叶透镜孔径的限制，它的测量角的上限还要受光线全反射规律的限制。假设颗粒处在水中，散射光从水中传播到玻璃再到空气，经过了两次折射。由于空气的折射率低于水的折射率，由光的折射定律可以知道，光线在空气中的出射角总是大于水中的入射角。当照明光垂直入射到测量池时，水中散射光的散射角等于散射光对玻璃的入射角。当水中的散射角约为49° 时，空气中的出射角等于90° ，如图6（a）所示。/pp style="text-indent: 2em "散射角再增大时，散射光将被玻璃/空气界面完全反射，不能出射到空气中。这种现象称为“光的全反射”，而此时的入射角称为“全反射的临界角”。实际的激光粒度仪不可能把探测单元放置在90° 的位置。例如某国外仪器空气中的最大角探测器位置为60° （见图6（b）），对应于水中的散射角为41° 。所以该仪器能接收的最大前向散射角是41° 。在后向上也放置了最大60° 的探测器，故后向只能接收139° （=180° 41° ）以上的 散射光。这样，这种光学系统就存在41° 到139° 的测量盲区，盲区跨度共98° ，见图8（a）。/pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 314px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/3e096d92-88f4-479c-9808-233c5400f1a1.jpg" title="9.png" alt="9.png" width="500" height="314" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em "真理光学提出了一种斜置的梯形窗口方案，见图7。在该方案中，窗口玻璃倾斜10° 放置，可把散射光的临界角扩展7° 左右，同时前向玻璃加厚，把玻璃/空气界面的一部分做成30° 的斜面，使原本在玻璃/空气界面上接近或大于临界角的散射光的入射角小于临界角。这种结构能让可接收的最大散射角（在水中看）扩展到80° ，后向的最小散射角则减到45° ，测量盲区为80° 到135° ，盲区跨度共55° ，见图8（b）。 /pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 557px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/bf64a724-c11f-4ca3-b5ce-44dfb1b6587d.jpg" title="10.jpg" alt="10.jpg" width="500" height="557" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图7 斜置的梯形测量窗口示意图/strong/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/b795291d-52ad-4d40-9fc4-b8e3ad37af0a.jpg" title="11.jpg" alt="11.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图8 两种典型的逆傅里叶变换系统的散射光测量盲区/strong/pp style="text-indent: 2em "图9(a)是0.3，0.25，… , 0.05 µ m的颗粒产生的理想的散射光能分布图，其中假设探测器的面积和位置如本文第1节所述，光波长为0.633 µ m，颗粒折射率为1.59，介质折射率为1.33。如果采用通常的逆傅里叶变换系统接收，能得到的实际散射光能分布范围如图9(b)所示。用这种光路测量散射光，丢失了0.3 µ m及以细颗粒散射光能分布的所有峰值信息，而峰值信息所包含的粒度特征最多，即特异性最强。图9(c) 是斜置梯形窗口系统能获得的散射光能分布曲线，基本包含了所有颗粒的峰值信息。据此可以大体推断，后者对测量0.3µ m以细颗粒有更好的效果。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/7b617d96-cd21-42fe-ab14-c07932f50905.jpg" title="12.jpg" alt="12.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "（a）散射光的全角度分布图/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/b791938f-c40a-433b-a01b-6ad5838f5343.jpg" title="13.jpg" alt="13.jpg"/ /strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "（b）通常的逆傅里叶变换系统能接收的散射光分布/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/eb6b3e68-866c-42e1-8601-4780c83d6dfa.jpg" title="14.jpg" alt="14.jpg"//strong （c）采用斜置梯形窗口的逆傅里叶变换系统能接收的散射光分布/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong图9 多种细颗粒（小于0.3µ m）的散射光能分布以及实际被接收到的光能分布/strong/pp style="text-indent: 2em "下面举一个实际测量例子。样品是一种水性石墨烯。图10（a）是用真理光学LT3600Plus仪器（采用了斜置梯形窗口技术）测得的粒度分布。图10（b）是对应的实测光能分布与反演拟合的光能分布的对比。所得结果D50、D10、D90分别为0.135µ m、0.047 µ m和0.405 µ m，粒度分布曲线呈单峰，拟合残差1.27%，数值在合理范围内。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/56de073e-fb37-4161-82b2-065fa3ae79bb.jpg" title="15.jpg" alt="15.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图10 一种水性石墨样品用真理光学LT3600Plus测量的结果/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong（a）粒度分布；（b）实测光能与拟合光能对比曲线/strong/pp style="text-indent: 2em "图11是某国外仪器（采用通常的逆傅里叶变换光学系统）对上述水性石墨烯的测量结果。图11（a）和（d）都是该仪器在同一次取样进行多次测量时给出来的粒度分布数据，两个结果来回跳动；图（b）和（d）是对应的实测光能和拟合光能分布的对比曲线。按照结果1，D50、D10、D90分别为0.084µ m、0.055µ m和0.477 µ m；按照结果2，D50、D10、D90分别为0.119µ m、0.062 µ m和0.227 µ m。span style="text-indent: 2em " /span/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/b824343e-5812-45c4-bce0-b2e068f7388c.jpg" title="16.jpg" alt="16.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图11 一种水性石墨样品用某国外仪器测量的结果/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong（a）粒度分布1；（b）实测光能与拟合光能对比曲线1/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong（c）粒度分布2；（b）实测光能与拟合光能对比曲线2/strong/pp style="text-indent: 2em "和图10所示结果对比，看得出来两种仪器的结果相差颇大。不过可以基本判定真理光学仪器的结果更加可靠。理据是：真理光学的结果（A）结果稳定，（B）粒度分布的峰形比较合理，（C）拟合残差比较小；而国外仪器的结果（A）测量结果在两组数之间来回跳动，很不稳定，（B）其中一种结果是双峰，不符合常理，（C）两种结果的光能拟合情况都很差，残差都在7%以上。/pp style="text-indent: 2em "各家仪器都有自己独特的光路，但都未能完全解决全角度测量问题，不过各家解决的程度有不同，因而遇到颗粒很小的情况时，有的测量结果更接近真实，有的有较大偏离，从而造成结果不一致。/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "span style="font-family: arial, helvetica, sans-serif "strongspan style="font-size: 18px color: rgb(0, 176, 80) "三、爱里斑的反常变化（ACAD）对0.4µ m10µ m粒度测量的困扰/span/strong/span/h1p style="text-indent: 2em "strong3.1 ACAD现象及其规律/strong /pp style="text-indent: 2em "自激光粒度仪诞生直到前不久的近50年来，业内人士都不曾怀疑过这样的光散射规律: 颗粒越小，散射光的分布范围越大（爱里斑越大），即散射光的分布范围随着颗粒的减小而单调增大，从而保证了颗粒大小与散射光分布之间的一一对应关系。这是激光粒度仪能够正常工作的物理基础。但是真理光学和天津大学的联合研究团队却发现[ 1]，对于透明颗粒，上述规律在某些特定的粒径区间不成立，即有时会出现颗粒越小，爱里斑也越小的现象。/pp style="text-indent: 2em "图12是波长取0.633µ m，颗粒折射率1.59，介质折射率1.33时，2至4µ m之间的各种颗粒的散射光斑图样。其中3µ m颗粒的爱里斑尺寸是7.98° ，而3.5µ m颗粒的爱里斑尺寸则是13.31° ，出现了反常现象，我们称之为爱里斑的反常变化（Anomalous Change of Airy Disk，ACAD）。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/a3b9bd33-50a4-4238-b6bb-c7e195895891.jpg" title="17.jpg" alt="17.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图12 爱里斑的反常变化现象/strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 94px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/5466a2bf-0e34-4d60-aef8-563ced5c2c4e.jpg" title="AAA.png" alt="AAA.png" width="664" height="94" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 2em "蓝色曲线是采用米氏理论计算得到的爱里斑尺寸随无因次参量变化的曲线，红色曲线则是用夫琅禾费衍射理论计算得到的爱里斑尺寸变化曲线。由于米氏理论是物理学界公认的严格理论，因此蓝色曲线的结果反映了爱里斑变化的真实情况。图中的m表示颗粒相对于分散介质的相对折射率（本例中，实部为1.59/1.33=1.20），其虚部为0，表示颗粒是透明的。从中可以看出，爱里斑尺寸随着粒径的增大而振荡变化。虽然总体趋势是减小的，但在某些局部是增大的，我们把这样的区域称为反常区，而把反常区内蓝色曲线和红色曲线的交点称作反常区的中心，图中共有3个反常区。/pp style="text-indent: 2em "我们进一步推导出反常区中心位置的一般公式：/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/3b4b49c7-4e34-4f6b-b133-0b17f2954913.jpg" title="BBB.png" alt="BBB.png"//pp style="text-indent: 2em "（1）爱里斑的反常现象存在于任意的透明颗粒中。/pp style="text-indent: 2em "（2）对任一给定的折射率，都有无数多个反常区。/pp style="text-indent: 2em "（3）即使相对折射率小于1，例如水中的气泡，也会发生反常现象。/pp style="text-indent: 2em "不过由于粒径分段时，序号越大，段间隔也越大，所以会干扰粒度分布反演计算的主要是第一个反常区，令k=1，得/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/50c20884-7c84-4285-96c8-2c29163bf224.jpg" title="ccc.png" alt="ccc.png"//pp style="text-indent: 2em "从上式可以计算任意折射率的透明颗粒的第一个反常区中心位置。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/f6019ad6-a2d4-490a-b435-dd01f6457d90.jpg" title="18.jpg" alt="18.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图13 爱里斑尺寸随无因次参量的变化/strong/pp style="text-indent: 2em "颗粒如果具有吸收性，那么随着吸收系数的增大，反常现象会逐步减弱，直至消失。在图14中，图（a）表示颗粒吸收系数为0.05时的爱里斑大小随无因次参量的变化曲线，可以看出，曲线的振荡幅度显著减小；图（b）表示颗粒吸收系数为0.10时，曲线的振荡完全消失。/pp style="text-indent: 2em " /pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/03a274c8-4d56-4052-9c0a-25e6d8498cb5.jpg" title="19.jpg" alt="19.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图14 反常现象随着颗粒吸收系数的增大而减弱/strong/pp style="text-indent: 2em "strong3.2 ACAD对粒度测量的困扰 /strong/pp style="text-indent: 2em "ACAD将导致在反常区附近一个爱里斑尺寸最多可对应3个不同的粒径。如图15，等3个不同的无因次参量对应的爱里斑尺寸都是10° 。从散射光能分布看，反常现象会导致光能分布峰值位置出现颠倒。在正常的散射情况下，颗粒越大，散射光能的峰值位置越靠近坐标的中心；而在图16中，4.0µ m颗粒的峰值位置在3.5微米峰值位置的外侧。可见不论从散射光强分布（爱里斑）角度还是散射光能分布角度看，ACAD都导致了颗粒尺寸与散射光场分布的一一对应关系的破坏，从而使处在反常区的颗粒的粒度测量结果变得不稳定或者结果不真实（一般体现为粒度分布曲线的振荡，见图17）。文献[5]对此有更严谨的论证。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/cad6ffb6-1581-412f-b399-14274f5b71a8.jpg" title="20.jpg" alt="20.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图15 同一爱里斑尺寸对应3个不同的粒径 /strong/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/9c4d156e-24cb-451f-bed2-8d6cd2ffae49.jpg" title="21.jpg" alt="21.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图16 在反常区附近散射光能分布的峰值位置出现了颠倒/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "图17 是某国外仪器用“通用模式”测量3.0µ m聚苯乙烯微粒标样的结果，出现了两个峰，并且两个峰的峰值位置都不在3.0µ m上。聚苯乙烯颗粒的折射率为1.59，分散在水中时，相对折射率为1.20。从表1可以查到，反常中心位置为3.20 µ m。可见该颗粒正好处在反常区中心附近，故而得不到正确的测量结果。/span/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/ff19f16e-aa24-4082-b60b-1e56c8b82ed9.jpg" title="22.jpg" alt="22.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图17 某国外仪器用“通用模式”测量3.0µ m聚苯乙烯微粒标样的结果/strong/pp style="text-indent: 2em "尽管ACAD作为一种客观的物理现象，一直都存在，并且困扰着激光衍射法粒度测量技术的应用，但是在本团队的论文发表前，都没有公开的相关报导，仪器制造商更没有提出解决这一困扰的根本办法。目前所做的，对单分散样品（大多指标准微粒），厂家提供的操作指引上指定选“单峰窄分布”模式，这时对聚苯乙烯材料的3µ m标样，进行“特殊处理”，以得到看上去正确的结果。对一般的透明样品，如果粒径分布范围部分或全部处在反常区，则在进行反演分析时，人为给折射率加上一个虚部，例如，0.1。对一个给定的颗粒折射率，只要人为加上去的吸收系数足够大，那么在计算散射矩阵（各种粒径散射光能分布的组合）时，光能分布峰值位置颠倒的情况就会消失。但颗粒实际还是无吸收的，强行认为颗粒有吸收，将造成实测的光能分布与反演计算时认为的光能分布不相符。在不加修饰的情况下，反演结果将在粒径1µ m附近鼓起一个假峰（Ghost Peak）。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/0f7136f6-c723-48ff-88e4-db914e4f69ac.jpg" title="23.jpg" alt="23.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong图18 人为给透明颗粒加吸收系数造成反演数据出现假峰/strong/pp style="text-indent: 2em "下面用一个数值模拟的例子进行说明。图18（a）中的蓝色曲线是事先设定的一种颗粒样品的粒度分布。假设颗粒透明，折射率为1.50，处在水介质中。它对应的散射光能分布如图（b）中的蓝色曲线所示。假如给颗粒加上一个0.1的吸收系数，那么该颗粒样品产生的散射光能分布如图（b）中的红色曲线所示。蓝、红两种曲线相比，蓝色曲线在35到45单元之间鼓起一个小峰，这个小峰等效于一定比例的绿色曲线，也可视为某种粒度分布对应的散射光能分布。图18（b）中三种曲线或散射光能分布用公式可表达为/pp style="text-align:center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 21px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/4c2c1f38-4beb-4d73-8420-e51489fb0299.jpg" title="24.png" alt="24.png" width="600" height="21" border="0" vspace="0"/br//pp style="text-indent: 2em "式中，是esubR/sub、esub0/sub、esubD/sub是归一化、矢量形式的散射光能分布，分别表示无吸收颗粒的散射光能分布（即本实验设定颗粒真实的光能分布）、吸收系数为0.1时相同颗粒样品产生的散射光能分布，以及这两种光能分布之差。后者等效于一个粒径1µ m左右的颗粒样品产生的散射光能分布。因此，如果用0.1吸收的散射矩阵去反演计算一个透明颗粒样品产生的光能分布，如图18（b）中蓝色曲线所示的散射光分布，就会得到图18（a）中红色曲线所示的粒度分布，这个粒度分布相较于蓝色曲线所示的粒度分布（即原本的粒度分布），在1µ m附近多了一个假峰。/pp style="text-indent: 2em "下面再举一个实际测试的例子。图19是一种陶瓷泥浆样品实际测量得到的粒度分布曲线。蓝色曲线表示吸收系数取0得到的粒度分布，红色曲线表示吸收系数取0.1得到的粒度分布。两条曲线相比，红色曲线在1µ m附近颗粒含量明显偏高。/pp style="text-indent: 2em "所以给透明颗粒人为加吸收系数，虽然能掩饰ACAD带来的测试结果不稳定或者振荡，但同时会使1µ m附近产生一个假的峰，或者引起1µ m附近颗粒含量的测试值高于实际值。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/6aa48cfb-e661-4bd7-a47b-55c4fda3bf9d.jpg" title="25.jpg" alt="25.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图19 一种陶瓷泥浆样品的实测粒度分布/strong/pp style="text-indent: 2em "为了修饰这个假峰，某国外仪器在算法上强行抹平这个假峰。但这会带来新的问题：如果被测样品在1µ m附近真的有一个峰，也会被强行抹掉，从而造成测量结果的失真。/pp style="text-indent: 2em "图20是一种人为配制出来的三个峰的二氧化硅样品。用国外仪器测量时，如果取“通用模式”，则结果如图（a）所示，只有一个峰；如果取“多峰窄分布模式”，则在主峰的右侧（大颗粒侧）出现一个小峰。该样品用真理光学LT3600测量时，共有3个峰：在主峰的左右各有一个小峰，左侧的小峰在1到3µ m之间。图21是该样品的电镜照片。从图（a）460倍放大照片看，确实存在30µ m左右的大颗粒；从图（b）8000倍放大照片看，也存在1µ m到2µ m颗粒。可见1到3µ m的颗粒是真实存在的，而国外仪器没有测到这些颗粒。/pp style="text-align:center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/3e8ab13f-8d7a-4661-a744-51e8adb0ea73.jpg" title="26.jpg" alt="26.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图20 一种二氧化硅样品“”的粒度测量结果/strongstrong style="text-indent: 0em " img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/616caea4-21d1-4f17-bf0c-d4ef061356e1.jpg" title="27.jpg" alt="27.jpg"//strong/pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong图21 一种二氧化硅样品的电子显微镜照片/strong/pp style="text-indent: 2em "从本节的讨论可以看出，当被测的透明颗粒处在反常区时，通常的反演算法得出的粒度分布是不稳定或者振荡的。目前大多数仪器厂家的处理办法是，在反演计算时给颗粒加上吸收系数。这会使得反演得到的粒度分布曲线稳定、平滑，但是同时在1µ m附近鼓起一个假的峰，或者1µ m附近颗粒含量变高。也有的厂家在算法上强行抹平这个假峰，但会导致仪器在1µ m附近测量灵敏度降低。真理光学团队在对ACAD规律透彻理解的基础上，改进了反演算法，使其能在大多数情况下对处在反常区的透明颗粒进行真实的粒度分布反演，如图20（c）的结果。对3µ m聚苯乙烯标样也能成功反演。/pp style="text-indent: 2em "所以，由于ACAD的困扰，造成各个仪器厂家采取了不同的、有些是修饰性的（并非符合科学的）算法，从而导致相互间结果不一致。/pp style="text-indent: 2em "strong3.3 ACAD影响的粒径范围以及对激光粒度仪用户的建议/strongspan style="text-indent: 2em " /span/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/d97f35cb-9fbe-4a00-9be0-546df3eb57ae.jpg" title="28.png" alt="28.png" width="664" height="112" border="0" vspace="0" style="text-indent: 2em max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 112px "//pp style="text-indent: 2em "如果介质折射率区1.33，空气中波长取0.633 µ m，那么可以得到如表1所示的分别用无因次参量和粒径表达的各种折射率下第1个反常区中心位置的数值。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "strong表1 各种折射率下的反常区中心位置/strong/pp style="text-align:center"strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/a349395c-f611-4105-900a-8013cc4eb93d.jpg" title="29.png" alt="29.png"//strong/pp style="text-indent: 2em "假设颗粒分散在水中，那么m=1.05对应于绝对折射率1.40，接近已知固体材料折射率的下限，此时反常区的中心粒径为13.0µ m。m=2.40对应于绝对折射率3.19，接近已知固体材料折射率的上限，此时反常区的中心粒径为0.396µ m。在颗粒折射率未知的情况下，如果被测颗粒的粒径大于13 µ m，那么就可确定颗粒不在反常区内，不论用哪家的粒度仪，都不必给颗粒人为地加吸收系数（颗粒实际有吸收的情况除外），这样各种激光粒度仪得到的粒度测试结果应该是基本一致的，就如本文图4所举的例子。/pp style="text-indent: 2em "如果颗粒折射率已知，又是不吸收的，可以查表1或者用本小节的公式计算第1个反常区中心的位置，如果被测粒径分布不在反常区中心附近，那么也不必人为给颗粒加吸收系数，这样可以得到更真实因而也更可比的结果。span style="text-indent: 2em " /span/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "span style="font-size: 16px color: rgb(0, 176, 80) "strong四、结语/strong/span/h1p style="text-indent: 2em "激光粒度测试技术发展到今天，还不能说是很完善的技术。本质原因是物理上存在两大缺陷：大角散射光测量盲区和爱里斑的反常变化（ACAD）。前者影响0.3µ m以细颗粒的测量，后者影响0.4µ m至13µ m颗粒的测量。所以，概略地说，对于13µ m以粗颗粒的测量，当前技术是比较成熟的，不同仪器的测量结果应该有较好的可比性。/pp style="text-indent: 2em "对0.3µ m以细颗粒的测量，有的厂家解决得好一些，有些差一些，但是都没有完全解决。这需要全体激光粒度仪厂家的共同努力。如果都能解决全散射角的测量问题，那么各家仪器的测量结果就应该是一致的。/pp style="text-indent: 2em "对0.4µ m至13µ m的颗粒，最根本的是要解决ACAD条件下的反演算法问题。目前真理光学已经较好地解决了这个问题，但其他品牌多采取人为加吸收系数的办法，这只让测试结果看上去比较正常，数值则已偏离实际；而且不同的厂家对由此引起1µ m附近的假峰的处理方法不一，造成相互间结果难以对比。对于用户来说，可参照表1的数据或者同一节中的公式，先查找或计算被测样品的反常区中心位置，如果被测粒度远离反常中心，则尽量不要给透明颗粒加吸收系数，这样能得到更真实的粒度结果，不同仪器的用户都能这么做，相互间的可比性也更好。/pp style="text-indent: 2em "最后，呼吁中国市场上的所有激光粒度仪厂家，能够正视激光粒度测试技术内在的缺陷问题，努力解决这些问题，尽快实现粒度测试结果的全面可比。span style="text-indent: 2em " /span/pp style="text-indent: 2em "strong参考文献/strong/pp style="text-indent: 2em "1. Linchao Pan et. al. Anomalous change of Airy disk with changing size of spherical particles. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 170 (2016) 83–89/pp style="text-indent: 2em "2. M. 玻恩，E. 沃耳夫. 光学原理（上册）. 科学出版社 1978. P.517/pp style="text-indent: 2em "3. Van de Hulst HC. Light scattering by small particles. New York: Dover 1981/pp style="text-indent: 2em "4. Santer R , Herman M . Particle size distributions from forward scattered light/pp style="text-indent: 2em "using the Chahine inversion scheme. Appl Opt 1983 22:2294–301 ./pp style="text-indent: 2em "5. Linchao Pan et. al. Indetermination of particle sizing by laser diffraction in the/pp style="text-indent: 2em "anomalous size ranges. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 199 (2017) 20–25/pp style="text-indent: 2em "strong作者简介：/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "img style="max-width: 100% max-height: 100% float: left width: 110px height: 124px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/cb2b6104-1423-4066-b06f-ec34a1cec7f1.jpg" title="张福根：不同激光粒度仪测试结果不一致的深层原因分析.jpg" alt="张福根：不同激光粒度仪测试结果不一致的深层原因分析.jpg" width="110" height="124" border="0" vspace="0"/珠海真理光学仪器有限公司首席科学家，天津大学兼职教授、博导。主要从事颗粒表征、微粉材料制造和3D测量及显示技术的研究和产品开发。主持了多种型号的激光粒度仪、电阻法颗粒计数器、图像法粒度仪以及3D测量和显示设备。发表学术论文30多篇，获得专利授权30多项。曾担任中国颗粒学会副理事长、常务理事，现任全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会副主任委员，中国颗粒学会颗粒测试专委会副主任。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "（注：本文由张福根教授供稿，文章为张老师结合其所在团队的科研成果，与读者进行分享交流，不代表仪器信息网本网观点）/p