主题:【第六届原创】激光粒度分析仪中折射率问题

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wanttofly
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前言:

我第一次接触开始激光粒度仪是十年前,是马尔文的MS2000,由于我要用的学的仪器很多,总觉得这种物理表征的测试只要按方法做就行了,简单知道该怎么做就行了,从来没想起有什么可研究的。最近虽然又接触了另外一个品牌麦奇克的S3500,一开始同样也学会操作就满意了,但自从上一次在http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20121028/4326352/ 的帖子里讨论到不同波长下同一材料的折射率是不一样的,因为折射率是激光粒径的一个参数,我们能查到的基本都是589nm下的钠黄光的折射率,但按照说明书的说法:马尔文的激光是红光和蓝光,麦奇克的是红光,而我们输入的数据都是一样的,那么我们得到的数据有问题吗?

一:不同仪器的比较

一直以来的宣传是要是激光粒度数据有可比性,一定要同样的品牌的仪器甚至同一型号,都是号称的米氏理论,数据到底有多大差别呢?一开始我拿到的样品测定结果的合作伙伴用的是日本nikkiso的MT3000,我跟人家说国内没这个型号,占有最多的是马尔文,做了一些数据,结果接近,后来工艺人员拿过国产的某个品牌测定过,有两个峰,一个峰一样,还有一个很大的峰操作人员说是“假峰”,所以就不敢用国产的了,我很怀疑这是操作问题而非仪器问题,但是不是我做的,只能不了了之,另外还用horiba测了一下数据。后来在调研其它仪器的时候,华嘉的林总(十年前马尔问就在她手上买的)顺便问我激光粒径选谁的,我说日本用的牌子国内没找到,她说就是她们现在代理的美国麦奇克,给我看了图片就是一致的,当然也用这个仪器测了一下样品。

我们测的样品主要就是看D50,其它参数都一致,只不过看超声时间长短得到的结果如下:

样品1:马尔文:2.97-2.19um;麦奇克:2.70-2.46um;Horiba:2.93-2.51um

我认为这几款数据之间的差别还不如仪器本身超声长短之间的差别呢,或者说对我们这种工厂质控来说就没啥差别,所以虽然宣传仪器如何结构和优点,我认为其实没那么大的分歧,也不一定非要同样的,不过最后选择了和合作伙伴一样的,毕竟这样的选择无可指责。

二:同一仪器的比较

S3500到手后其实也没好好研究,只不过觉得它的再计算比较功能比较好,玩了一把。

因为我测的样品主成份二氧化硅,也不知道具体折光率,从数据表上查,从1.41到1.54都有,而仪器默认是1.59。

以前我记得有篇文章说过,粒径越大,折射率影响越小我分别输入不同折光率最高和最低折射率,得到结果如下:一个是3.23um,一个是3.12um,这个应该算小粒径吧,但是这个算有区别吗?

我一直没搞懂粒度计算方程怎么来的,不过现在看来折射率似乎没那么重要了,枉费我以前为了一个未知物折光率怎么计算看了很多文章和书,什么虚部实部的进行推导(怎么做的我也忘了)
该帖子作者被版主 mlb200310积分, 2经验,加分理由:鼓励原创
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fanjilai
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你实验一下粒径小于激光波长时不同折射率的结果差别有多大。
mlb2003
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wanttofly
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原文由 mlb2003(mlb2003) 发表:
有超声时间不同的对比数据吗?


有,但是可能不能说明问题,马尔文的标准池用大烧杯的(它也有微量池,但好象另外要钱),搅拌加超声需要一定时间,麦奇克的是小样品池,分散得快。但不一定就是哪个好,马尔文的看起来加水倒水比较烦,但烧杯用毛刷很容易洗干净。麦奇克只要预先放两个桶,用上去加水排空很自动化,但是干了以后我发现样品池里还是有点沾污,重复洗了好几遍,但并不是所有人都那么有耐心的
wanttofly
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原文由 fanjilai(fanjilai) 发表:
你实验一下粒径小于激光波长时不同折射率的结果差别有多大。


,2微米对我们来说很小了,不过嘛,要求10微米以下还不知道生产中是不是完全能做到呢。

不过所谓正确性还真不知道靠什么来验证,以前用电镜测的结果和激光粒度总是碰不上,因为电镜看到的是一个个颗粒,很分明。所以人家总说我们测的有问题,写论文还是用电镜数据。所以再有这种事我要说激光粒度本来就不是研究用,你们要研究高深技术,用电镜去。当然了,平时还是用激光粒度来做相对性,因为电镜哪能这么随便用。
xuanyuanxuan
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  1. 关于激光衍射仪中折射率的问题,我觉得大家要以这样一种心态来看它,就是既没有这么神奇,但也要引起重视。其实这哥们

说的都对,同一材料对不同波长的光来说折射率是不同的,一般我们看到的都是589.3纳米黄光条件下的折射率值,但激光衍射仪一般用的都是633纳米的红光,那到底差别有多大呢?比如无定形的碳材料,在589纳米黄光下折射率是2.4017,在633纳米红光下其折射率为2.43,比如还有碳化硅,在589纳米黄光下折射率为2.64755,在633纳米红光下折射率为2.63499。但就算是无定形碳,由于其本身结构不同,比如是石墨结构、足球烯结构、碳纳米管结构等等,这些都会导致折射率发生变化,碳化硅也是分尔法、贝塔等结构,这些都会导致折射率不同。但对于激光衍射来说,这些差别对于计算一般情况下是可以接受的,而且物质种类特别多,所以通常用默认的折射率来作为物质的折射率的。当然对于一些特殊物质,比如一些蓝宝石等,其折射率对于光波长来说比较敏感,那么这个时候可能折射率就要选用特定的啦。同时,激光衍射仪对于不同波长可以进行不同折射率的选择和计算,这样也是为了对于一些对波长敏感的物质进行重新计算。

2. 对于不同仪器间的数据对比,确定分散条件非常重要。就是你帖子中提到的,超声时间长短可能影响都比某些仪器间的差距大,非常正确。有些样品如果样品分散处理不正确,那么差个三五倍都有可能,比如超不超声或者表面活性剂的运用等,因此在仪器间比较的时候,你必须要保证分散条件是合适的,而且是相同的,否则这个对比就意义不大了。当然对于厂区质控,那还要看你质控什么材料、你质控的要求多高,比如普通的筛子就可以很好的检验你的粉体,那么你买激光粒度仪绝对是浪费。但如果你的粉体生产控制比较精细,这个时候不同仪器的差别就显出来了。这个方法也简单,你把自己生产的产品按一定比例进行复配,然后交给不同的仪器厂商进行盲测,看看他们的稳定性和分辨率,这样就能很好的分辨这个仪器对你是否适用。

3. 对于相同的仪器,折射率对于小颗粒确实要敏感,但并不是说你拿一个粒径小的样品,改变折射率它的粒径就一定会发生很大变化。其实这个米氏理论反演计算非常复杂的,基本上都是计算机矩阵运算,所以说折射率在其中的影响不是简单的乘个系数或者加减一个数字,它是一个综合运算的结果,只是折射率对于小颗粒的测试影响更大。总之,折射率这个参数没有这么神奇,但对于小颗粒有时候它影响又比较大,仅此而已。
英国马尔文仪器
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原文由 xuanyuanxuan(xuanyuanxuan) 发表:
  1. 关于激光衍射仪中折射率的问题,我觉得大家要以这样一种心态来看它,就是既没有这么神奇,但也要引起重视。其实这哥们

说的都对,同一材料对不同波长的光来说折射率是不同的,一般我们看到的都是589.3纳米黄光条件下的折射率值,但激光衍射仪一般用的都是633纳米的红光,那到底差别有多大呢?比如无定形的碳材料,在589纳米黄光下折射率是2.4017,在633纳米红光下其折射率为2.43,比如还有碳化硅,在589纳米黄光下折射率为2.64755,在633纳米红光下折射率为2.63499。但就算是无定形碳,由于其本身结构不同,比如是石墨结构、足球烯结构、碳纳米管结构等等,这些都会导致折射率发生变化,碳化硅也是分尔法、贝塔等结构,这些都会导致折射率不同。但对于激光衍射来说,这些差别对于计算一般情况下是可以接受的,而且物质种类特别多,所以通常用默认的折射率来作为物质的折射率的。当然对于一些特殊物质,比如一些蓝宝石等,其折射率对于光波长来说比较敏感,那么这个时候可能折射率就要选用特定的啦。同时,激光衍射仪对于不同波长可以进行不同折射率的选择和计算,这样也是为了对于一些对波长敏感的物质进行重新计算。

2. 对于不同仪器间的数据对比,确定分散条件非常重要。就是你帖子中提到的,超声时间长短可能影响都比某些仪器间的差距大,非常正确。有些样品如果样品分散处理不正确,那么差个三五倍都有可能,比如超不超声或者表面活性剂的运用等,因此在仪器间比较的时候,你必须要保证分散条件是合适的,而且是相同的,否则这个对比就意义不大了。当然对于厂区质控,那还要看你质控什么材料、你质控的要求多高,比如普通的筛子就可以很好的检验你的粉体,那么你买激光粒度仪绝对是浪费。但如果你的粉体生产控制比较精细,这个时候不同仪器的差别就显出来了。这个方法也简单,你把自己生产的产品按一定比例进行复配,然后交给不同的仪器厂商进行盲测,看看他们的稳定性和分辨率,这样就能很好的分辨这个仪器对你是否适用。

3. 对于相同的仪器,折射率对于小颗粒确实要敏感,但并不是说你拿一个粒径小的样品,改变折射率它的粒径就一定会发生很大变化。其实这个米氏理论反演计算非常复杂的,基本上都是计算机矩阵运算,所以说折射率在其中的影响不是简单的乘个系数或者加减一个数字,它是一个综合运算的结果,只是折射率对于小颗粒的测试影响更大。总之,折射率这个参数没有这么神奇,但对于小颗粒有时候它影响又比较大,仅此而已。
bairuizheng
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二氧化硅影响不大是因为虚部近视为零. 试个半导体颗粒或金属纳米颗粒,就当球体算,变化多大可以想象.
leo-pan
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NIKKISO的MT3000其实就是麦奇克的S3500,只是型号定义不一样而已。
yhy5242068
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dreambbo
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