ISO 13320 粒度分析 - 激光衍射法

国际标准化组织（ISO）发布的“ISO 13320 粒度分析 - 激光衍射法”标准通过分析光散射特性，为许多两相系统（例如粉末、喷雾、气溶胶、悬浮液、乳液和液体中的气泡）中的颗粒的仪器鉴定和粒度分布测量提供指导。

本标准未针对特定材料粒度测量的具体要求。本标准适用于约 0,1 µm 至 3 mm 之间的粒度。使用特殊仪器和条件，适用粒度范围可扩展至 3 mm 以上和 0,1 µm 以下。对于球形和非球形颗粒，报告的粒度分布应使球形颗粒体积聚集体的预测散射图样与测得的散射图样相匹配。这是因为该技术的光学模型假设颗粒形状为球形。非球形颗粒的粒度分布与基于其他物理原理（例如沉降、筛分）的方法获得的粒度分布不同。

用于测定粒度分布的激光衍射或散射技术主要基于以下原理：粒子散射光强度的角分布（即散射模式）取决于粒子尺寸。当散射发生在粒子云或粒子集合中时，特定尺寸等级的散射强度与该尺寸等级的粒子数量及其光学特性相关。

将以足够浓度分散在合适液体或气体中的测试样品通过单色光源（通常为激光）的光束。一系列光电探测器测量颗粒以不同角度散射的光。记录每个探测器的数值以供后续分析。在某些限制范围内，例如测量区域内的颗粒浓度，颗粒集合的散射图样与所有单个颗粒散射图样的总和相同。使用选定尺寸等级的颗粒单位体积的理论散射图样构建矩阵，并结合数学程序求解逆问题，从而得到与测得的散射图样最佳拟合的迭代体积粒度分布。

简而言之，该标准通常用于测量粒径在 0,1 µm 至 3.000 µm 范围内的颗粒，采用激光衍射（也称为激光散射），适用于液体悬浮液、乳液、干粉和气溶胶。它适用于散射光的方式可用米氏理论或夫琅和费方法建模的颗粒。原理是，用激光照射颗粒，从不同角度测量散射光，然后分析散射图样以推断颗粒粒径分布。

本标准涵盖的重要因素包括：

• 样品准备（分布技术，避免聚类）
• 颗粒和分散剂的折射率
• 数据解释和报告要求
• 重复性和再现性
• 设备校准和验证

该标准确保了粒度分析的一致性和准确性，广泛应用于制药、化妆品、采矿、水泥和食品加工等行业。

根据该标准，激光衍射的工作原理如下：

• 其基本原理是光散射。当激光束穿过含有颗粒的样品时，颗粒会散射光。小颗粒会以大角度散射光。大颗粒会以小角度散射光。
• 散射光检测：放置在不同角度的探测器收集散射光。记录强度分布，并用于计算粒度分布。
• 所使用的数学模型包括：
  • 夫琅和费近似：假设粒子较大且不透明。对于较小或透明的粒子，方法更简单，但精度较低。
  • 米氏理论：更为复杂，考虑了粒子的折射率和吸收率。对于小粒子或透明粒子而言，该理论必不可少。

系统组件包括：

• 激光源发射相干光
• 样品分散器将颗粒分散在空气或液体中
• 探测器阵列测量不同角度的散射光
• 数据处理器使用模型推断粒度分布

分布类型有：

• 基于体积（最常见）：显示每种粒径的体积百分比。
• 基于数字：显示每个尺寸范围内有多少个颗粒（可能会夸大细颗粒）。
• 基于表面积：不太常见，基于总表面积。

关于可重复性和再现性，ISO 13320 标准强调验证测量值在运行和仪器之间的一致性。

报告应包括所用模型（Mie 或 Fraunhofer）、折射率、色散介质、色散类型（体积、数量）、分析的尺寸范围和仪器设置（例如，调光、路径长度）的信息。

根据该标准的最佳实践包括：

• 适当的分布：防止聚集扭曲维度数据
• 使用正确的折射率：获得准确的米氏折射率结果至关重要
• 仪器校准：保持测量精度
• 重复性测试：验证一致性能

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