Typisches experimentelles Laserbeugungssystem
Lichtstreuung wird seit langem verwendet, um die Größe verschiedener Objekte zu untersuchen. Gustav Mie (er von der Mie-Streutheorie) untersuchte Goldnanopartikel wie die auf dem untenstehenden Bild im Rahmen seiner Doktorarbeit. Früher nur auf maßgeschneiderte Laboranlagen beschränkt, brachten mehrere Innovationen die Laserbeugung aus der Dunkelkammer in Forschungslabore und Produktionsflächen weltweit.
Wie funktioniert also Laserbeugung? Im Kern bezieht sich die Laserbeugung auf die Beziehung zwischen Partikelgröße und dem Winkel und der Intensität des gestreuten Lichts. Licht wird intensiver und in kleineren Winkeln von großen Teilchen gestreut als von kleinen Teilchen. Jeder Analysator, vom allerersten kommerziellen Prototyp bis zum hochmodernen LA-960, nutzt dieses Prinzip. Tatsächlich misst der Analysator selbst nicht die Partikelgröße – er misst den Winkel und die Intensität des Lichts, das von den Partikeln in Ihrer Probe gestreut wird. Diese Informationen werden dann an einen Algorithmus weitergegeben, der die Mie-Streutheorie verwendet und die gestreuten Lichtdaten in Partikelgrößeninformationen umwandelt.
Sowohl die Hardware als auch die Software, die für die Messung einer Partikelgröße erforderlich sind, haben viele Überarbeitungen durchlaufen, um Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit zu verbessern. Der LA-960 stellt die zehnte Generation von HORIBA Laserbeugungsanalysatoren dar; jeder war anders und besser als der vorherige. Lesen Sie weiter, um herauszufinden, welche wichtigen Faktoren dazu beitragen, diese Messung routinemäßig und vertrauenswürdig zu machen.
Vier Arten der Wechselwirkung zwischen Licht und einer Oberfläche
Im Kern der Laserbeugungstechnik steht die Beziehung zwischen Licht und Oberflächen (die für unsere Zwecke frei mit "Teilchen" ausgetauscht werden können). Wenn Licht auf eine Oberfläche trifft, ist es entweder
Die Beugung ist auch als "Kantenbeugung" bekannt, da sie dort auftritt. Die Brechung tritt auf, wenn das Licht den Winkel ändert und sich durch das Teilchen bewegt.
Wir können Informationen über die Größe eines Teilchens anhand des Winkels und der Intensität des gestreuten Lichts erhalten. Gediffraktiertes und gebrochenes Licht ist für diesen Zweck nützlich; Absorbiertes und reflektiertes Licht wirkt diesem Zweck entgegen und muss bei der Messung und Größenberechnung berücksichtigt werden.
Bei Partikeln, die größer als eine bestimmte Größe sind, wird der Großteil des Lichts durch Beugung gestreut. Das gestreute Licht hat für diese größeren Teilchen eine relativ hohe Intensität und einen niedrigen Winkel. Die "bestimmte Größe" wird als Vielfaches der für die Messung verwendeten Lichtwellenlänge bestimmt und typischerweise mit 20 Mikrometern geschätzt. Partikel, die größer als diese Größe sind, kommunizieren nützliche Größeninformationen durch Beugung und nicht durch Brechung. Das bedeutet, dass die Messung nicht von einem Brechungsindex profitiert, um gebrochenes Licht genau zu interpretieren.
Bei Partikeln kleiner als 20 Mikrometer wird gebrochenes Licht immer wichtiger, um eine genaue Partikelgröße zu berechnen. Das gestreute Licht hat für diese kleineren Teilchen eine relativ geringe Intensität und einen Weitwinkel. Der Einsatz eines Brechungsindex und der Mie-Streutheorie beeinflusst die Genauigkeit in diesem Größenbereich direkt. Alle HORIBA Laserbeugungsanalysatoren verwenden standardmäßig die Mie-Streulösung und ermöglichen es dem Benutzer, benutzerdefinierte Brechungsindexwerte einzugeben.
Ein vereinfachtes Layout der OP-Tisch LA-960. 1: Rotwellige Laserdiode für größere Teilchen, 2: Blaue LED für kleinere Teilchen, 3: Niederwinkeldetektoren für größere Teilchen, 4: Seiten- und Rückwinkeldetektoren sowie kleinere Teilchen.
Der grundlegende Arbeitsablauf einer Laser-Beugungspartikelgrößenanalyse lässt sich in zwei Teile unterteilen:
Messqualität dreht sich ganz um den Analysator selbst: Qualität der Komponenten, technische Verfeinerung und ein grundlegendes Design, das grundlegende Prinzipien widerspiegelt. Die Kerntechnologien sind alle ausgereift, aber wie bei vielen Dingen führt höhere Qualität zu überlegener Leistung. Ein typisches Laserbeugungsoptisches System umfasst:
Der Partikelgrößenanalysator LA-960V2 stellt das zehnte Laserbeugungsinstrument dar, das von HORIBA entwickelt wurde. Hunderte von Verbesserungen im Grunddesign wurden hinzugefügt, um Leistung und Benutzerfreundlichkeit zu verbessern. Zu diesen Verbesserungen gehören:
Die bestmögliche Streulichtdaten zu erhalten, bildet die Grundlage jeder zuverlässigen Größenmessung. Die "rohen" gestreuten Lichtdaten werden dann an den Berechnungsalgorithmus weitergegeben, wo sie in eine Partikelgrößenverteilung umgewandelt werden.
Laserbeugungs- und dynamisches Imaging-System zur Partikelgrößen und Formbestimmung
Laserstreuungs-Partikelgrößenverteilungsanalysator
Laserstreuungs-Partikelgrößenverteilungsanalysator
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