在現代材料科學、制藥工程、化工生產、食品加工、環境監測及新能源技術等領域，顆粒的尺寸與分布（即“粒度”）是決定產品性能、工藝效率和質量穩定性的關鍵參數。無論是藥物的溶解速率、涂料的流平性、電池材料的能量密度，還是大氣中PM2.5的健康影響，都與顆粒的粒徑密切相關。為實現對顆粒體系的精確表征，粒度測量儀（Particle Size Analyzer）作為科研與工業質量控制中的核心設備，憑借其高精度、高重復性和多樣化技術手段，成為解析顆粒世界的“科學之眼”。

一、粒度的重要性與測量意義

顆粒的粒度不僅影響其物理化學性質（如比表面積、流動性、堆積密度），還直接關聯到最終產品的性能：

-制藥行業：原料藥粒徑影響溶解度和生物利用度，微米級或納米級控制可提升藥效。

-鋰電池：正負極材料（如石墨、三元材料）的粒度分布影響電極涂布均勻性、充放電性能和循環壽命。

-陶瓷與粉末冶金：粒度決定燒結致密度和機械強度。

-食品工業：奶粉、咖啡、調味品的顆粒大小影響口感、溶解性和保質期。

-環境科學：空氣和水體中懸浮顆粒的粒徑分布是評估污染程度的重要指標。

因此，準確、快速、可重復的粒度測量，是研發優化、工藝控制和質量保證的基礎。

二、主要測量原理與技術類型

粒度測量儀根據物理原理不同，可分為多種技術路線，各具優勢與適用范圍：

1.激光衍射法（Laser Diffraction）

目前應用的粒度分析技術。基于夫瑯禾費衍射和米氏散射理論，當激光束穿過顆粒懸浮液或氣溶膠時，不同粒徑的顆粒產生不同角度的散射光強分布。通過多角度光電探測器陣列采集散射光信號，經反演算法計算出粒度分布。

優點：測量范圍寬（0.01μm～3500μm）、速度快（<1分鐘）、重復性好、樣品量少、可測干濕樣品。

應用：廣泛用于粉體、乳液、混懸液等體系。

2.動態光散射法（DLS,Dynamic Light Scattering）

又稱光子相關光譜法（PCS），用于測量納米級顆粒（0.3 nm～10μm）。通過檢測顆粒在液體中布朗運動引起的散射光強度波動，計算其擴散系數，進而根據斯托克斯-愛因斯坦方程推導出水合粒徑。

優點：靈敏度高，適合亞微米至納米顆粒，可測量Zeta電位。

應用：蛋白質、脂質體、納米藥物、膠體溶液等。

3.靜態圖像分析法（Static Image Analysis）

通過顯微成像系統拍攝顆粒圖像，利用圖像處理軟件分析每個顆粒的幾何尺寸（如長徑、短徑、圓度、長寬比）。

優點：提供顆粒形貌信息，適合不規則顆粒。

應用：金屬粉末、礦物、纖維、細胞等。

4.篩分法（Sieve Analysis）

傳統方法，通過不同孔徑的標準篩網對顆粒進行分級，稱重各粒級質量。

優點：設備簡單、成本低、適合大顆粒（>45μm）。

缺點：精度低、耗時長、不適用于粘性或易碎顆粒。

5.沉降法（Sedimentation）

基于斯托克斯定律，測量顆粒在液體中的沉降速度，計算粒徑。包括重力沉降和離心沉降。

優點：原理直觀，適合窄分布體系。

缺點：測量時間長，對多分散體系分辨率有限。

三、儀器構成與關鍵技術

以主流的激光粒度儀為例，其核心部件包括：

-激光光源：通常為He-Ne激光或半導體激光，波長633nm或405nm。

-樣品池：濕法測量用循環分散系統（含超聲、攪拌），干法測量用氣流分散進樣器。

-光學系統：透鏡組、傅里葉變換透鏡，用于聚焦散射光。

-探測器陣列：環形或弧形排列的光電二極管，接收不同角度的散射光。

-數據處理系統：內置計算機與專用軟件，進行信號采集、反演計算、結果輸出與報告生成。

四、性能指標與選型要點

評價粒度儀的關鍵指標包括：

-測量范圍：儀器可測的最小與最大粒徑。

-重復性與準確性：多次測量的偏差（通常RSD<3%）。

-分辨率：區分相近粒徑顆粒的能力。

-自動化程度：是否支持自動進樣、清洗、校準。

選型建議：

-納米材料→優先選擇DLS或納米激光粒度儀。

-常規粉體→激光衍射法為主。

-形貌分析→圖像法。

-大顆粒或粗粉→篩分法或干法激光粒度儀。

粒度測量儀不僅是實驗室的分析工具，更是連接材料設計與工業應用的橋梁。它以科學的原理和精密的技術，將“看不見”的顆粒世界轉化為“可量化”的數據，為新材料開發、工藝優化和質量控制提供堅實支撐。隨著納米科技與智能制造的深入發展，粒度測量技術將持續進化，成為推動科技進步“微觀度量衡”。