ISO 13320 การวิเคราะห์ขนาดอนุภาค - วิธีการเลี้ยวเบนของเลเซอร์

มาตรฐาน “ISO 13320 การวิเคราะห์ขนาดอนุภาค - วิธีการเลี้ยวเบนของแสงเลเซอร์” ซึ่งเผยแพร่โดยองค์กรระหว่างประเทศว่าด้วยการมาตรฐาน (ISO) ให้คำแนะนำเกี่ยวกับคุณสมบัติของเครื่องมือและการวัดการกระจายขนาดของอนุภาคในระบบสองเฟสจำนวนมาก (เช่น ผง สเปรย์ สเปรย์ สารแขวนลอย อิมัลชัน และฟองก๊าซในของเหลว) โดยผ่านการวิเคราะห์คุณสมบัติการกระเจิงแสงของอนุภาคเหล่านั้น

มาตรฐานนี้ไม่ได้ระบุข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการวัดขนาดอนุภาคของวัสดุเฉพาะ มาตรฐานนี้ใช้กับขนาดอนุภาคระหว่างประมาณ 0,1 ไมโครเมตร ถึง 3 มิลลิเมตร ด้วยเครื่องมือและเงื่อนไขพิเศษ ช่วงขนาดที่ใช้สามารถขยายได้มากกว่า 3 มิลลิเมตร และน้อยกว่า 0,1 ไมโครเมตร สำหรับอนุภาคทรงกลมและไม่ใช่ทรงกลม จะมีการรายงานการกระจายขนาด ซึ่งรูปแบบการกระเจิงที่คาดการณ์ไว้สำหรับมวลรวมเชิงปริมาตรของอนุภาคทรงกลมตรงกับรูปแบบการกระเจิงที่วัดได้ เนื่องจากแบบจำลองเชิงแสงของเทคนิคนี้ใช้รูปร่างของอนุภาคทรงกลม การกระจายขนาดอนุภาคที่ได้สำหรับอนุภาคที่ไม่ใช่ทรงกลมจะแตกต่างจากการกระจายขนาดที่ได้จากวิธีการที่ใช้หลักการทางกายภาพอื่นๆ (เช่น การตกตะกอน การร่อน)

เทคนิคการเลี้ยวเบนของแสงเลเซอร์หรือการกระเจิงเพื่อกำหนดการกระจายขนาดของอนุภาคนั้น อาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าการกระจายเชิงมุมของความเข้มแสงที่กระเจิงโดยอนุภาค (รูปแบบการกระเจิงของอนุภาค) ขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาค เมื่อเกิดการกระเจิงจากกลุ่มเมฆหรือกลุ่มอนุภาค ความเข้มของการกระเจิงสำหรับระดับขนาดที่กำหนดจะสัมพันธ์กับจำนวนของอนุภาคในระดับขนาดนั้นและคุณสมบัติทางแสงของอนุภาคเหล่านั้น

ตัวอย่างทดสอบที่กระจายตัวในความเข้มข้นที่เพียงพอในของเหลวหรือก๊าซที่เหมาะสม จะถูกส่งผ่านลำแสงของแหล่งกำเนิดแสงสีเดียว ซึ่งโดยปกติคือเลเซอร์ แสงที่กระเจิงโดยอนุภาคในมุมต่างๆ จะถูกวัดโดยชุดเครื่องตรวจจับแสง ค่าตัวเลขจากเครื่องตรวจจับแต่ละเครื่องจะถูกบันทึกเพื่อการวิเคราะห์ในภายหลัง ภายในขอบเขตที่กำหนด เช่น ความเข้มข้นของอนุภาคในพื้นที่การวัด รูปแบบการกระเจิงของกลุ่มอนุภาคจะเหมือนกันกับผลรวมของรูปแบบการกระเจิงของอนุภาคแต่ละตัว รูปแบบการกระเจิงเชิงทฤษฎีของหน่วยปริมาตรของอนุภาคในคลาสขนาดที่เลือกจะถูกใช้เพื่อสร้างเมทริกซ์ และเมื่อใช้ร่วมกับกระบวนการทางคณิตศาสตร์เพื่อแก้ปัญหาผกผัน ส่งผลให้เกิดการกระจายขนาดอนุภาคเชิงปริมาตรแบบวนซ้ำเพื่อให้เหมาะสมกับรูปแบบการกระเจิงที่วัดได้มากที่สุด

โดยสรุป มาตรฐานนี้มักใช้กับอนุภาคที่มีขนาดตั้งแต่ 0,1 ไมโครเมตร ถึง 3.000 ไมโครเมตร โดยใช้การเลี้ยวเบนของเลเซอร์ (หรือที่เรียกว่าการกระเจิงแสงเลเซอร์) และใช้ได้กับสารแขวนลอยในของเหลว อิมัลชัน ผงแห้ง และละอองลอย เหมาะสำหรับอนุภาคที่กระเจิงแสงในลักษณะที่สามารถจำลองได้โดยใช้ทฤษฎีของมี (Mie) หรือแนวทางของฟรอนโฮเฟอร์ (Fraunhofer) โดยหลักการแล้ว อนุภาคจะถูกฉายแสงด้วยเลเซอร์ วัดแสงที่กระเจิงจากมุมต่างๆ และวิเคราะห์รูปแบบการกระเจิงเพื่อสรุปการกระจายขนาดของอนุภาค

ปัจจัยสำคัญที่ครอบคลุมโดยมาตรฐานนี้ ได้แก่:

• การเตรียมตัวอย่าง (เทคนิคการกระจาย การหลีกเลี่ยงการรวมกลุ่ม)
• ดัชนีหักเหของอนุภาคและสารกระจายตัว
• ข้อกำหนดการตีความข้อมูลและการรายงาน
• ความสามารถในการทำซ้ำและการทำซ้ำได้
• การสอบเทียบและการตรวจสอบอุปกรณ์

มาตรฐานนี้รับรองความสม่ำเสมอและความแม่นยำในการวิเคราะห์ขนาดอนุภาค และใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยา เครื่องสำอาง การทำเหมืองแร่ ซีเมนต์ และการแปรรูปอาหาร

ตามมาตรฐานนี้ การเลี้ยวเบนของแสงเลเซอร์จะทำงานดังต่อไปนี้:

• หลักการพื้นฐานคือการกระเจิงของแสง เมื่อลำแสงเลเซอร์ผ่านตัวอย่างที่มีอนุภาค อนุภาคจะกระเจิงแสง อนุภาคขนาดเล็กจะกระเจิงแสงในมุมกว้าง ส่วนอนุภาคขนาดใหญ่จะกระเจิงแสงในมุมแคบ
• การตรวจจับแสงกระจัดกระจาย: เครื่องตรวจจับที่ติดตั้งในมุมต่างๆ จะรวบรวมแสงกระจัดกระจาย รูปแบบความเข้มจะถูกบันทึกและนำไปใช้ในการคำนวณการกระจายขนาดอนุภาค
• แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ได้แก่:
  • การประมาณค่าของ Fraunhofer: สมมติว่าอนุภาคมีขนาดใหญ่และทึบแสง ง่ายกว่าแต่แม่นยำน้อยกว่าสำหรับอนุภาคขนาดเล็กหรือโปร่งใส
  • ทฤษฎีมิเอะ: ซับซ้อนกว่า โดยคำนึงถึงดัชนีหักเหของอนุภาคและการดูดกลืนแสง จำเป็นสำหรับอนุภาคขนาดเล็กหรือโปร่งใส

ส่วนประกอบของระบบมีดังนี้:

• แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ปล่อยแสงที่สอดคล้องกัน
• เครื่องกระจายตัวอย่างจะกระจายอนุภาคในอากาศหรือของเหลว
• อาร์เรย์เครื่องตรวจจับจะวัดแสงที่กระจัดกระจายในมุมต่างๆ
• โปรเซสเซอร์ข้อมูลใช้แบบจำลองเพื่ออนุมานการกระจายขนาดอนุภาค

ประเภทของการจัดจำหน่ายมีดังนี้:

• ตามปริมาตร (ใช้บ่อยที่สุด): แสดงเปอร์เซ็นต์ปริมาตรสำหรับขนาดอนุภาคแต่ละขนาด
• ตามตัวเลข: แสดงจำนวนอนุภาคที่อยู่ในแต่ละช่วงขนาด (อาจเกินจริงไปมาก)
• ขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิว: พบได้น้อยกว่า โดยขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวทั้งหมด

ในส่วนของความสามารถในการทำซ้ำและการสร้างซ้ำได้ มาตรฐาน ISO 13320 เน้นย้ำถึงการตรวจยืนยันว่าการวัดมีความสอดคล้องกันในแต่ละรอบและเครื่องมือ

การรายงานควรมีข้อมูลเกี่ยวกับแบบจำลองที่ใช้ (Mie หรือ Fraunhofer) ดัชนีการหักเหของแสง ตัวกลางการกระจาย ประเภทของการกระจาย (ปริมาตร จำนวน) ช่วงขนาดที่วิเคราะห์ และการตั้งค่าเครื่องมือ (เช่น การหรี่แสง ความยาวเส้นทาง)

แนวทางปฏิบัติที่ดีตามมาตรฐานนี้ ได้แก่:

• การกระจายที่เหมาะสม: ป้องกันการเกาะกลุ่มที่ทำให้ข้อมูลมิติผิดเพี้ยน
• การใช้ดัชนีหักเหแสงที่ถูกต้อง: จำเป็นสำหรับผลลัพธ์ที่แม่นยำตาม Mie
• การสอบเทียบเครื่องมือ: รักษาความแม่นยำในการวัด
• การทดสอบความสามารถในการทำซ้ำ: ตรวจสอบประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ

องค์กรของเราให้การสนับสนุนธุรกิจในทุกภาคส่วนมายาวนาน ผ่านกิจกรรมการทดสอบ การวัด การวิเคราะห์ และการประเมินที่หลากหลาย เรามีทีมงานที่แข็งแกร่งซึ่งติดตามความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระดับโลกอย่างใกล้ชิดและพัฒนาตนเองอย่างต่อเนื่อง ในส่วนนี้ เรายังให้บริการทดสอบตามมาตรฐาน ISO 13320 การวิเคราะห์ขนาดอนุภาค - วิธีการเลี้ยวเบนของเลเซอร์