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生命科学仪器2010第8卷/2月刊
1引言
粒度分析在材料工程、食品工程、制药工程、
石油化工、国防工业等领域具有重要作用。由于传统
的粒度测量方法操作繁琐，耗时较长，已经越来越不
能适应现代工业和科研快速反应的需求。现代新兴科
技的发展使激光和微电子技术应用到粒度测量领域，
完全克服了传统方法所带来的弊端，在大大减轻劳动
强度的同时，加快了样品的检测速度，提高了检测结
果的质量[1-3]。近年来，有关粒度分布的测试技术和
测试方法有很多，而激光粒度分析方法，因测量速度
快、精度高及准确度好等特点被人们普遍认同。
2激光粒度分析仪的测量原理
当光线照射到颗粒上时会发生散射、衍射，其
衍射、散射光强度均与粒子的大小有关。观测其光强
度，可应用Fraunhofer衍射理论和Mie散射理论求得
粒子径分布(激光衍射/散射法)，使用Mie散射理论进
行计算。光入射到球形粒子时可产生三类光：第一类，
在粒子表面、通过粒子内部、经粒子内表面的反射光；
第二类，通过粒子内部而折射出的光；第三类，在表
面的衍射光。这些现象与粒子的大小无关，全都可以
作为光散射处理。
一般地，光散射现象可以用经Maxwell电磁方程
式严密解出的Mie散射理论说明。但是，实际使用起
来过于复杂，为了求得实际的光强度，可根据入射波
长λ和粒子半径r的关系，即：r<λ时，Rayleigh散射
理论；r>λ时，Fraunhofer衍射理论。
在使用上述理论时，应考虑到光的波长和粒子
激光粒度分析仪及其应用刍议
赵青秀1李雅宁2
（1.浙江广盛建设工程有限公司舟山3160002.宁波交通工程咨询监理有限公司宁波315192）
摘要简述了激光粒度分析仪的原理、特点和样品前处理注意事项，以及在泥沙分析、涂料分析、海洋分析、水
泥生产等领域的应用。
关键词激光粒度分析仪原理应用
作者简介：赵青秀（1981-），黑龙江人，浙江广盛建设工程有限公司，助理工程师，研究方向：道路、桥梁与市政工程。
径的关系，在不同的领域使用不同的理论。粒子径
大于波长的时候，由Fraunhofer衍射理论求得的衍射
光强度和Mie散射理论求得的散射光强度大体是一致
的。因此，可以把Fraunhofer衍射理论作为Mie散
射理论的近似处理。这时，光散射(衍射)的方向几乎
都集中在前方，其强度与粒子径的大小有关，有很
大的变化。即表示粒子径固有的光强度谱，解出粒
子的光强度分布(散射谱)就可以定出粒子径。当波长
和粒子径很接近的时候，不能用Fraunhofer的近似式
来表示散射强度。这时有必要根据Mie散射理论作进
一步讨论。在Mie散射中的散射光强度由入射光波长、
粒子径、粒子和介质的相对折射率来确定[2-6]。图1
为激光粒度分析仪工作原理简图。
图1激光粒度分析仪工作原理图
3激光粒度分析仪的特点
3.1测量粒径范围广
激光粒度分析仪可进行从纳米到微米量级如此宽
范围的粒度分布。约为：20nm~2000μm，某些情况
下上限可达3500μm；由于仪器使用过程中无须更换
镜头及调整光学系统，提高了系统的稳定性，简化了
操作过程。
3.2适用范围广
激光粒度分析仪不仅能测量固体颗粒，还能测
量液体中的粒子。
技术与应用
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3.3重现性好
激光粒度分析法与传统方法相比，测试过程不
受温度变化、介质黏度，试样密度及表面状态等诸
多因素的影响，只要将待测样品均匀地展现于激光束
中，激光粒度分析仪能给出准确可靠的测量结果。
3.4测量速度快
整个测量过程在2分钟左右即可完成，某些仪器
已实现了实时检测和实时显示，可以让用户在整个测
量过程中观察并监视样品[7,8]。
3.5操作简单
激光粒度分析仪能够自动完成数据采集、分析
处理、结果保存、打印等功能，操作简单，自动化程
度高。
4激光粒度分析仪样品前处理的注意事项
4.1典型抽样
大多数样品既有大颗粒，也有小颗粒，当样品
盛放在瓶子或容器中时，小颗粒易沉于底部，大颗粒
浮于表面，但大多数在两个极端之间，所以测量前样
品应充分混合，不要摇晃瓶子或容器，这样会加剧颗
粒的分离；而应用两只手握着瓶子或容器，轻轻滚
转，不停更换方向。对于液体样品在抽取样品时也应
将样品充分混合，有条件的还可以借助样品分离器或
取样器。
4.2分散剂的选用
通常选用蒸馏水或去离子水，加入少量样品观
察是否有溶解、结块或漂浮等现象，必要时可进行样
品分析并观察遮光度。分散剂通常须在室温或常压下
储存几小时脱气，以免在测量时产生气泡，而气泡会
作为颗粒计算使结果产生偏差而导致数据无法解释。
还有一个值得注意的问题是，在较暖的环境中使用冷
的分散剂可能会使样品池窗外表面凝结增大，测量时
遮光度快速升高，这时须使分散剂的温度升高一些，
或准备一个小储水箱，用前将水过滤。
4.3表面活化剂和混合剂
当遇到样品漂浮在分散剂表面的问题时，加入
表面活化剂和混合剂是有效的。表面活化剂可以转移
掉作用于样品并使它浮在表面或结团的电荷效应；混
合剂是通过改变分散剂自身的特性来帮助分散。
4.4超声波的使用
用分散剂分散样品时可用肉眼观察烧杯底部，如
果有大量颗粒结块，将烧杯放入超声波槽中2min，
效果会非常明显。当样品放入测量分散槽中，也可
使用附件所带的超声分散来防止样品重新结块[9,10]。
5激光粒度分析仪的应用
5.1在泥沙分析中的应用
田岳明等[11]共采集了长江干流(上、中、下游)
和一级支流汉江的23个具有较广泛代表性水文测站
的309组悬移质泥沙样品和35组床沙样品，分别进行
常规粒、吸结合法颗粒分析和激光法颗粒分析，并进
行样品颗粒级配测试。收集对比分析资料得出结果
为，激光粒度仪分析稳定(重复)性较好，精确度较高；
激光粒度仪在粒径大于0.031mm以上与传统法相比
系统偏差较小，而以下则系统偏差较大，同组粒径累
积百分数最大相差达60%，一般表现为粒径越小、相
差越大。另外，不同河段、不同沙样条件下，激光粒
度仪与传统粒吸法分析泥沙颗粒级配两者之间相关关
系复杂、随机性大；即使是在同一河段、同一单站，
也不是理论上一一对应函数关系，而是存在对应的差
异性[12]。
5.2在涂料分析中的应用
张永刚等[13]对涂料中的锌粉采用了干分散法和湿
分散法测量，发现两者都能客观地反映样品的粒度分
布。不论选用湿分散法还是干分散法，为保证测试结
果的准确性，应做到以下几个方面：第一，选用干分
散法测试要选用合适的分散压力，只有选择的压力大
小能完全分散开加入的样品颗粒，才能测出准确的样
品颗粒度分布，否则测试的结果仅为该样品团聚颗粒
的粒度分布，也不能满足样品测试重复性的要求；第
二，湿分散法测试分散介质和分散剂的选择至关重
要，只有根据样品的特点选择好合适的分散介质和分
散剂才能获得准确的样品粒度分布；第三，测试的镜
头不能被污染，镜头要保持清洁，这样才能保证测试
结果的准确；第四，遮光指数控制在合适的范围内，
干分散法测试控制在7%～10%，湿分散法测试控制
在20%～30%为最佳测试范围。
5.3在海洋分析中的应用
苏新等[14]利用MS2000型激光粒度分析仪对国际
大洋钻探ODP204航次气体水合物稳定带的598个沉
积物样品进行了粒度分析，探索气体水合物赋存和
沉积物粒度之间的相关关系。发现水合物海岭气水
合物稳定带内沉积物的粒度组成特征为：粉砂含量
主要在60%~75%之间，是气水合物稳定带内沉积组
分的主体组分；粘土含量一般小于35%，砂含量一
般小于5%,个别层位达到15%。体积平均粒径、中
技术与应用
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值粒径差值基本小于15μm，个别层位差值可达30μm
左右。进一步运用统计学的相关性研究，定量地揭示
各个站位沉积物粒径变粗与气体水合物之间存在的不
同相关性。结果表明，有利于气水合物赋存的粒级
区间基本在45~130μm之间，主要在大于64μm砂
级范围内，同时，一些站位中粒径相对较粗的粉砂
组分(45~64μm)也有利于气水合物的赋存。这个研究
为进一步了解沉积物细微的粒度变化与气水合物的分布
相关提供了新的沉积学与统计学方面的资料和认识[15]。
5.4在水泥生产中的应用
胡如静[16]利用激光粒度分析仪对水泥颗粒级配分
布进行了预测，在水泥配比及熟料烧成条件不变的情
况下，而水泥的颗粒分布同水泥的28天强度存在很好
的相关性，水泥颗粒级配对水泥性能产生的各种影响，
主要是因为不同大小颗粒的水化速度不同，试验测
定的结果为：0~10μm颗粒，一天水化达75%，28
天接近完全；10~30μm颗粒，7天水化接近一半；
30~60μm颗粒，28天水化接近一半；>60μm颗粒，
3个月后水化还不到一半。因此可通过水泥的颗粒分
布预测其28天强度，预测结果基本上能满足我们的控
制要求，实现了超前控制。
6结语
基于经典光学原理与现代信息采集技术的激光
粒度分析仪，具有动态测量粒径范围宽、误差小、重
复性好、自动化水平高、质量保证体系强、测试时间
短等特点，满足了许多相关行业对粒度分析的较高
要求。因此，随着科技的不断进步，激光粒度分析仪
将为颗粒分析工作新技术的开发应用提供有力的技
术支撑。
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IntroductionoftheLaserParticleSizeAnalyzeranditsApplication
Qing-xiuZhaoYa-ningLi
Abstract:Thebasicprinciple,featureandattentionsamplepretreatmentconsiderationsofthelaserparticlesizeanalyzer,anditswidelyappliedto
manyfieldssuchassedimentanalysis,paintanalysis,oceananalysisandcementproduction,etc.
Keywords:LaserparticlesizeanalyzerPrincipleApplication
技术与应用
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