Laserdiffraktio

Laserdiffraktio (LD), joka tunnetaan myös nimellä staattinen laservalon sironta (SLS), on yksi suosituimmista tavoista analysoida partikkelikokojakaumaa. Lasersäde johdetaan nestesuspensiossa tai kuivajauhedispersiossa olevan näytteen läpi. LD:llä on laaja dynaaminen alue, se voi havaita 0.02 µm – 2 mm hiukkasia.

Hiukkaskoko on tärkeä jauheiden ja hiukkasmateriaalien ominaisuus. Se on arvokas analyysiparametri tutkimus- ja tuotekehityssovelluksiin.

LD:ssä partikkelikoot mitataan epäsuorasti diffraktiokuvioista. LD mittaa sironnan intensiteettiä suspensiossa olevista hiukkasista sirontakulman, valon aallonpituuden ja valon polarisaation funktiona. Hiukkaskokojakauman määrittämiseen käytetään Fraunhoferin teoriaan ja Mie teoriaan perustuvaa matemaattista mallia.

Kun laserin monokromaattinen, koherentti ja polarisoitunut valo osuu esineeseen, syntyy diffraktiota. Valo etenee hiukkasen reunoilta pallomaisina aaltorintamina detektorille.

LD havaitsee useista hiukkasista peräisin olevien laservalon sirontojen intensiteettijakaumat samanaikaisesti. Fraunhoferin diffraktioteorian mukaan valonsironnan voimakkuus on suoraan verrannollinen hiukkaskokoon. Suuret hiukkaset sirottavat valoa pieniin kulmiin, hiukkaskoon pieneneminen lisää logaritmisesti sirontakulmaa. Myös hiukkaskoko vaikuttaa sironnan voimakkuuteen. Suuret hiukkaset sirottavat valoa suurella voimakkuudella ja pienet hiukkaset sirottavat voimakkuutta vähän.

LD:tä voidaan käyttää märille ja kuivissa näytteille. Märät näytteet, kuten emulsiot, suspensoidaan nesteeseen. Sekoitin varmistaa näytteen homogenoitumisen. Kuivat jauheet analysoidaan ilmavirrassa.

LD teoria olettaa, että kaikki signaalit ovat peräisin hiukkasista, jotka ovat muodoltaan ihanteellisia palloja. Siksi hiukkasten muotoa ei voida tunnistaa. Epäsäännöllisen muotoiset hiukkaset aiheuttavat suuria kokojakaumia, koska sekä leveyttä että pituutta pidetään yksittäisinä hiukkasina.