激光粒径分析仪作为一种高精度的纳米颗粒表征仪器，在生物纳米相关领域发挥着举足轻重的作用。随着生物技术的不断发展和纳米技术的兴起，生物纳米材料的研究和应用日益受到重视。激光粒径分析仪凭借其宽广的测量范围、高精度的分析能力，成为生物纳米领域重要的研究工具。其工作原理基于光在传播过程中，波前受到与波长尺度相当的隙孔或颗粒的限制，产生衍射和散射现象。这些衍射和散射的光能的空间分布与光波波长和颗粒的尺度密切相关。通过分析这些衍射和散射光信号，可以精确计算出颗粒的粒径大小、分布以及ZETA电位等关键参数。
一、光学系统
光学系统是激光粒径分析仪的核心，负责产生激光束、收集散射光信号，并转换为可分析的电信号。
激光光源
类型：通常采用氦氖激光器（He-Ne，波长632.8nm）或半导体激光器（波长可调，如405nm、785nm）。
作用：发射高单色性、高方向性的激光束，作为测量颗粒的“探针”。
特点：激光波长影响散射光强度分布，需根据颗粒材质和尺寸选择（如小颗粒适合短波长，大颗粒适合长波长）。
散射光收集系统
透镜组：包括傅里叶透镜或聚光镜，用于将散射光聚焦到探测器上。
光阑：限制光路，减少杂散光干扰，提高信噪比。
角度范围：根据米氏散射理论，散射光角度与颗粒大小相关（小颗粒散射角大，大颗粒散射角小），因此需覆盖多角度范围（如0.1°-170°）。
探测器阵列
类型：光电二极管（PMT）、光电倍增管（PMT）或CMOS/CCD传感器。
作用：将不同角度的散射光强度转换为电信号，形成散射光强度分布曲线。
特点：高灵敏度、低噪声，需具备快速响应能力以捕捉动态散射信号。
二、信号处理系统
信号处理系统负责将探测器输出的电信号转换为数字信号，并通过算法反演颗粒粒度分布。
模数转换器（ADC）
作用：将模拟电信号转换为数字信号，便于计算机处理。
精度：通常采用12-16位ADC，分辨率越高，信号细节保留越完整。
反演算法模块
算法类型：包括米氏理论（Mie Theory）、弗朗霍费衍射（Fraunhofer Diffraction）或独立模态算法（IMA）。
作用：根据散射光强度分布曲线，通过数学模型反演颗粒的粒度分布（如体积分布、数量分布）。
特点：算法需考虑颗粒形状、折射率、吸收率等因素，复杂颗粒需结合多角度散射数据。
数据处理单元
硬件：通常采用嵌入式处理器或工业计算机，负责实时处理数据。
软件：提供用户界面，支持参数设置、数据存储、报表生成等功能（如Malvern Mastersizer 3000的软件可输出D10、D50、D90等参数）。
三、样品分散系统
样品分散系统确保颗粒在测量过程中均匀分散，避免团聚或沉降，影响测量精度。
分散介质
类型：液体（水、有机溶剂）、气体（空气、氮气）或干粉。
选择依据：需与颗粒材质兼容，避免化学反应或溶解（如金属颗粒需用非极性溶剂分散）。
分散装置
液体分散：
超声分散器：通过超声波振动打破颗粒团聚体（如Malvern的Hydro系列）。
搅拌器：机械搅拌使颗粒悬浮（适用于高浓度样品）。
气体分散：
气溶胶发生器：将干粉颗粒雾化成气溶胶（如TSI的SMPS系统）。
干法分散：
文丘里管：利用高速气流使颗粒分散（适用于脆性颗粒）。
循环系统
泵：驱动分散介质循环，确保样品均匀流动（如蠕动泵或隔膜泵）。
流量控制：通过阀门或流量计调节流速，避免颗粒沉降或过度剪切。
四、数据输出与控制系统
数据输出与控制系统负责将测量结果呈现给用户，并支持参数调整和设备控制。
显示单元
类型：液晶显示屏（LCD）或触摸屏，显示粒度分布曲线、统计参数（如D50、Span值）等。
功能：支持实时监测、历史数据查询、多组数据对比。
输入接口
键盘/触摸屏：用于设置测量参数（如分散介质类型、折射率、测量时间）。
外部接口：支持USB、以太网或RS-232连接，便于数据导出或远程控制。
控制软件
功能：提供自动化测量流程（如一键启动、自动清洗）、数据后处理（如滤波、拟合）和报告生成。
兼容性：支持导出Excel、PDF等格式文件，或与LIMS（实验室信息管理系统）集成。
五、辅助组件
辅助组件确保设备稳定运行和用户操作便利性。
外壳与防护
材质：金属或高强度塑料，防尘、防潮、防腐蚀（如IP65防护等级）。
散热：内置风扇或散热片，防止激光器过热。
校准装置
标准颗粒：用于定期校准设备（如聚苯乙烯乳胶球，粒径已知且均匀）。
校准软件：自动比对测量结果与标准值，调整系统参数。
安全装置
激光安全联锁：防止激光意外照射（如开门自动断电）。
紧急停止按钮：快速切断电源，应对突发情况。
