光學(xué)粒子計數(shù)器

光學(xué)粒子計數(shù)器（OPC）一般又稱為激光塵埃粒子計數(shù)器，用于計數(shù)和確定懸浮在空氣和液體中的粒子的大小。它們主要用作表征潔凈室和其他受污染控制區(qū)域的工具，這是將其包含在本部分中的空氣中顆粒的原因。在接下來的討論中請記住，它們對于計數(shù)液體中的顆粒也很有用。

許多空氣中顆粒計數(shù)應(yīng)用程序都使用顆粒計數(shù)器，這些計數(shù)器使用內(nèi)置真空泵直接對空氣進(jìn)行采樣，從而根據(jù)光散射原理確定顆粒計數(shù)和粒徑分布。不幸的是，機(jī)載OPC并不能解決許多氣溶膠顆粒的特性，例如密度，形狀，折射率和吸收率。結(jié)果，氣溶膠粒子計數(shù)器經(jīng)常報告散射光的等效直徑，而不是真實的物理直徑[6]。這導(dǎo)致對粒度分布和空氣中顆粒濃度的解釋混亂。例如，一個人用顯微鏡看一個過濾器，該過濾器采樣了與OPC相同的空氣，因此在大多數(shù)現(xiàn)實世界的樣本中不太可能發(fā)現(xiàn)任何球形顆粒。光學(xué)粒子計數(shù)器一般用于潔凈室檢測或者壓縮空氣質(zhì)量檢測使用,用于檢測懸浮粒子的含量。

機(jī)載OPC不會捕獲顆粒以進(jìn)行單獨識別。當(dāng)使用OPC對空氣中的顆粒物進(jìn)行計數(shù)并且需要對顆粒物進(jìn)行識別時，通常會使用敞開式過濾器支架。（另一種方法是使粒子沉降到見證板上，如下所述。）

市售的機(jī)載光學(xué)粒子計數(shù)器可以將粒徑減小至50 nm（0.05μm）。盡管不是在同一臺儀器中，也可以確定直徑達(dá)幾百微米的顆粒。光散射OPC的動態(tài)尺寸范圍通常是可以確定尺寸的顆粒的函數(shù)。表4.1說明了這一原理。

表4.1。光散射光學(xué)粒子計數(shù)器的典型性能特征

光散射液載OPC使用與圖4.1所示類型相同的幾何形狀。使用光散射來檢測液體中的顆粒的一個困難是氣泡的檢測。由于空氣的折射率（1.0）與液體的折射率之間的差異（對于水為1.33，這是用于液體傳播的顆粒計數(shù)的常用介質(zhì)），液體中的氣泡將被視為顆粒。因此，在對液體中的顆粒計數(shù)時，須格外小心，以程度地減少氣泡引起的誤差。例如，如果使用磁力或其他攪拌機(jī)制使顆粒保持懸浮狀態(tài)，則須調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，以防止形成可能夾帶氣泡的渦流。快速脈沖超聲攪拌會導(dǎo)致溶解在液體中的氣體形成氣泡。如果這些足夠大，它們會上升到液體表面并破裂（冒泡）。通過將液體樣品保持在適度的真空下，也可以程度地減少氣泡的形成。

圖4.1。光散射光學(xué)粒子計數(shù)器的基本組件。

大多數(shù)機(jī)載OPC會檢測散射光以檢測顆粒并確定其大小。相比之下，一些液體傳播的OPC通過消光來調(diào)整顆粒大小。圖4.1說明了使用光散射原理的機(jī)載OPC的一般工作原理。

在光散射OPC中，樣品被吸入檢測器腔室。檢測器室被強(qiáng)光源照亮。聚焦光學(xué)器件以均勻的強(qiáng)度照亮檢測器腔室的敏感體積。在不存在粒子的情況下，散射到檢測器的光量小。當(dāng)粒子進(jìn)入敏感體積時，朝向檢測器散射的光量與粒子的大小成比例增加。散射光強(qiáng)度的上升觸發(fā)了時間電路。在該時間間隔內(nèi)，檢測器尋找峰值電壓。信號處理電子設(shè)備解釋散射光的強(qiáng)度，并將顆粒計數(shù)分配給適當(dāng)?shù)念w粒大小通道。其工作方式如圖4.2所示。

圖4.2。當(dāng)單個粒子通過光散射OPC的樣品室時的檢測器響應(yīng)。

還有第二種常見的OPC，它使用了滅絕原理。這些計數(shù)器更常用于液體顆粒計數(shù)器。在這種類型的計數(shù)器中，傳感器與照明路徑同軸。當(dāng)粒子通過照明體積時，光被散射并吸收，從而從傳感器中減去光強(qiáng)度。因此，基于消光的粒子計數(shù)器是明場測量，而光散射計數(shù)器使用暗場技術(shù)。

須認(rèn)識到OPC的動態(tài)范圍是有限的。這些限制包括：

顆粒尺寸：檢測下限越小，尺寸測量上限越小。這是由于散射光強(qiáng)度的范圍很廣以及檢測器動態(tài)范圍的限制。明顯小于照明波長的粒子會散射與粒子大小的四次方成正比的光強(qiáng)度。明顯大于照明波長的粒子會將光散射成與它們直徑的平方成正比的光。因此，可以對非常小的粒子（直徑小于100 nm的大?。┻M(jìn)行尺寸調(diào)整的粒子計數(shù)器可以檢測到但不報告大粒子（大于幾微米）的尺寸，因為檢測器變得飽和了。

體積采樣率限制：在許多粒子計數(shù)器中，為了提供較小的較低的粒子檢測能力，光源已被聚焦在一個非常小的體積中。這限制了粒子計數(shù)器的體積采樣率。

符合計數(shù)限制：圖4.3說明了同時有多個粒子同時位于敏感體積中時發(fā)生的信號。第一個粒子進(jìn)入敏感體積并觸發(fā)計時電路。在第一粒子可以離開敏感體積之前，第二粒子（任意示出為小于第一粒子）進(jìn)入敏感體積。這增加了散射到檢測器的光的強(qiáng)度。檢測器假定光來自單個粒子，因此它報告的粒徑大于單個粒子的粒徑。