Laser Diffraction for Particle Sizing – 理論簡單解釋於一圖中
當然。我們有精心撰寫的筆記和說明。憑藉我們在方法開發方面的協助，很少有需要思索Mastersizer 3000技術背後基本理論的情況。然而，我們有時需要進行故障排除、挑戰儀器、定制SOP……（我們也會好奇）。此時對理論的理解就變得至關重要。唯一的問題是—看起來很複雜。因此，我不斷挑戰自己，如何以最簡單的方式傳達這些理論。現在可以簡化為“四個事件”和“四種情境”。
四個事件：
- 入射光打到顆粒
- 光與顆粒相互作用
- 光從顆粒逸出
- 逸出的光被探測並由探測器和軟體分析
四種情境，從簡單到複雜：
請對照下方圖表中的描述進行閱讀。
| 不透明 | 非不透明 | |
| 單顆粒/單尺寸 | 1. 一個不透明的球形顆粒僅會在其邊緣進行光的衍射。光線不進入顆粒。數學上，這簡單地遵循機械波的規則，例如水波經過石子。每個尺寸都有其獨特的衍射圖案。可應用傅朗和近似，或具有非常高的折射率解（例如2.3，供您參考，鋼的折射率約為2.5）。 | 2. 一個非不透明的球形顆粒散射光。在這種情況下，作為電磁波的入射光進入顆粒並與其電子雲相互作用。光從顆粒逸出的圖案由解描述，這種散射光圖案對於具有特定尺寸和特定光學特性的顆粒也是獨特的。 |
| 尺寸分佈 | 3. 為發現不透明顆粒的尺寸分佈，將應用一個迭代算法以找到最符合探測到的光圖案的顆粒尺寸。可應用傅朗和近似，或具有非常高的折射率解。 | 4. 為發現非不透明顆粒的尺寸分佈，將應用一個迭代算法以找到最符合探測到的光圖案的顆粒尺寸。應用解並給定光學特性。 |
這四種情境，從簡單到複雜，是技術發展的歷史代表。如今，我們幾乎總是處於第四種情境—“具有尺寸分佈特徵的非不透明顆粒”。因此，目前在大多數情況下我們使用描述光散射的解。它涵蓋了所有尺寸範圍和所有光學特性。然而，出於歷史原因，我們繼續使用“激光衍射”這一術語。這可能會令人混淆，但希望您讀到這裡後不再困惑。在顆粒是不透明時（例如折射率> 2）和/或顆粒足夠大（例如尺寸大於波長的10倍），解可能會與傅朗和近似趨同，從而獲得更簡單的計算（這對現代計算機來說並不是那麼吸引）。
技術的限制
“激光衍射“是一種“不需要校準的原理”技術。這是因為散射光的角度依賴性圖案是由顆粒尺寸及其光學特性直接確定的。可以測量0.01µm – 3500µm的顆粒尺寸。超出此範圍時，散射光的角度依賴性變得難以探測。在最小限制下，散射光變得過於各向同性，而在最大限制下，入射光幾乎不偏離其入射方向。
非球形形狀
除了非不透明性和多分散性，非球形顆粒形狀是另一種複雜性。首先，不規則形狀的小顆粒（<1μm）會在單一方向上更強烈地去極化光。我們的軟體中有一個“非球形”選項，可以正確解釋高角度散射。否則，軟體會將不規則性視為不同的顆粒群體。這就是為什麼有些激光衍射儀器往往會對非球形顆粒報告雙峰分佈的原因。
光學特性優化器
當涉及非球形形狀時，光學特性—折射率（RI）可能會變得更加複雜。RI具有實數部分和虛數部分。實數部分負責折射，而虛數部分處理衰減，稱為“吸收指數”。不規則形狀的顆粒往往具有更高的吸收指數，因為表面的不規則性會吸收光。如果我們不確定索引值，我們的軟體有一個“光學特性優化器”會掃描一系列索引值以找到最有意義的。我非常樂意與您進行進一步的討論，如果有任何其他問題，請隨時聯繫我，因為幫助您是我工作中最滿足的一部分！
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