測定方法
静的光散乱では、レーザー光(単色のコヒーレント光)が粒子と相互作用します。粒子は粒子径で特徴付けられる必要があります。 粒子のサイズに応じて、光波は粒子によって特徴的な方法で散乱されます。粒子が大きいほど、前方への散乱が大きくなります。 粒子が約100 nm小さいと、散乱強度はすべての方向でほぼ同じになります。
異なるサイズの粒子でのレーザー回折
散乱強度は、角度(光散乱強度分布)に応じて静止型検出器によって決定されます。 0.02〜165°の連続的な角度範囲で散乱強度の測定を保証できる、Bettersizer S3 Plusレーザー散乱粒子径分布測定装置などの最先端のレーザー回折システム。たとえば、順方向、横方向、逆方向です。これは、いわゆるダブルレンズ設計と斜入射光学系(DLOIOSテクノロジー)によって実現されます。フーリエレンズ(集光レンズ)は、レーザーと粒子の間、および粒子と検出器の間に配置されます。粒子は、平行レーザービーム内の光と相互作用します。これは、散乱光が非常に大きな角度(後方散乱方向)でも検出できるため、非常に小さな粒子でも正確に測定できるという利点があります。 DLOIOSテクノロジーのおかげで、従来の測定セットアップの問題も回避できます。したがって、対応する粒子サイズ測定範囲に適したレンズを測定の前に選択する必要はありません(フーリエ光学と比較して)。また、すべての粒子が1つの平面内にない場合でも、異なる粒子から検出器までの距離に起因する測定の不正確さはありません。 (逆フーリエ光学と比較して)。
Bettersizer S3 PLUSおよびCCDカメラシステム(x0.5とx10)の革新的なDLOIOS技術の概略図
測定された散乱スペクトルから粒子サイズ分布を計算するために、フラウンホーファーまたはMIEのいずれかの理論が適用されます。 FRAUNHOFER理論は、不透明な粒子と球形の粒子の仮説に基づいています。散乱パターンは薄い不透明な2次元プレートに対応します。回折はエッジでのみ発生します。 したがって、この計算に材料の追加の光入力定数は必要ありません。
対照的に、MIE理論は、実質的に半透明で球形の粒子の仮説を使用しています。つまり、光は物質に浸透し、粒子の原子で弾性的に散乱します。 粒子と液体の複素屈折率の知識も必要です。 この理論は、あらゆるサイズの粒子に適用できます。
次の図は、Bettersizer S3 Plusで測定された、炭酸カルシウム粉末の体積関連の粒子径分布の例を示しています。
レーザー回折測定例
累積スループット曲線Q3(青)と結果のヒストグラム(q3、黒いバー)を見ることができます。
文学と規範
ISO 13320 –粒子径分析–レーザー回折法