Лазерные анализаторы

Лазерные анализаторы
Назначение
Лазерные анализаторы размеров частиц относятся к универсальным многоцелевым приборам, посредством которых можно исследовать параметры частиц в суспензиях, эмульсиях и сухих порошковых веществах. В современных технологиях гранулометрический анализ особенно важен и широко применяется в порошковой металлургии, пищевой промышленности, в производстве алюминия, цементов, абразивных материалов и керамики.

Кроме того, лазерные анализаторы частиц находят применение в научных исследованиях в биологии, химии, экологии, то есть повсюду, где требуется проводить измерения размеров частиц, в том числе и в субнанодиапазоне (200 нм и менее). Важнейшее значение имеют лазерные анализаторы в медицине, где разработаны специальные из модификации, в частности, для исследования тромбоцитов и их агрегаций.

Принцип работы
Действие анализаторов основано на обычных физических законах рассеяния и дифракции электромагнитных волн оптического диапазона. Луч лазера проходит через ячейку с образцом и попадает на детектор, при этом свет рассеивается пропорционально размеру частиц. Анализируя распределение рассеянного света на пластинке детектора можно рассчитать распределение частиц по размерам.

Параметры лазерного излучения зависят от конкретных задач, в первую очередь, от размеров частиц. Так, для измерения крупных частиц размером порядка 3000 мкм применяют хорошо сфокусированные длинноволновые генераторы, расположенные вблизи от детектора. Для анализа микрочастиц (порядка 0,01 мкм) выбираются коротковолновые лазеры, что повышает разрешающую способность и чувствительность детектора.

Иногда в одном приборе для расширения диапазона измерений применяются несколько источников с различной длиной волны лазерного излучения. При этом отслеживается свет от каждого источника, а сенсоры и детекторы располагаются так, чтобы области анализа перекрываются, что даёт возможность одновременного перекрытия сразу всего диапазона. При этом взаимное положение детекторов выбирается так, чтобы добиться оптимального размера рабочей камеры и свести к практическому нулю искажения.

Стандартным решением является применение гелий-неонового лазера, свет которого фокусируется, пропускается через кювету с образцом и затем посылается в плоскость детектора. При этом распределение плотности интенсивности рассеянного излучения
определяется физическими размерами частиц, описывается достаточно простым интегральным уравнением, следовательно, может быть проанализировано.

Для фиксации рассеянного излучения применяется многосегментная фотодиодная матрица, которая одновременно измеряет амплитуду излучения для разных углов рассеяния и с её же помощью оценивается интенсивность нерассеянного пучка света.
Сигналы, полученные с матрицы, усиливаются и через коммутатор подаются на вход АЦП, где оцифровываются, и преобразуются в стандартные уровни.

Чтобы исключить агломерацию, приводящую к снижению точности измерений, образец подвергают воздействию ультразвука и непрерывно прокачивают через измерительную кювету. Таким образом получают множество результатов для одного образца, которые после усреднения оформляются в виде таблиц, гистограмм или графиков.