光学粒子计数器介绍

光学粒子计数器

光学粒子计数器（OPC）一般又称为激光尘埃粒子计数器，用于计数和确定悬浮在空气和液体中的粒子的大小。它们主要用作表征洁净室和其他受污染控制区域的工具，这是将其包含在本部分中的空气中颗粒的原因。在接下来的讨论中请记住，它们对于计数液体中的颗粒也很有用。

许多空气中颗粒计数应用程序都使用颗粒计数器，这些计数器使用内置真空泵直接对空气进行采样，从而根据光散射原理确定颗粒计数和粒径分布。不幸的是，机载OPC并不能解决许多气溶胶颗粒的特性，例如密度，形状，折射率和吸收率。结果，气溶胶粒子计数器经常报告散射光的等效直径，而不是真实的物理直径[6]。这导致对粒度分布和空气中颗粒浓度的解释混乱。例如，一个人用显微镜看一个过滤器，该过滤器采样了与OPC相同的空气，因此在大多数现实世界的样本中不太可能发现任何球形颗粒。光学粒子计数器一般用于洁净室检测或者压缩空气质量检测使用,用于检测悬浮粒子的含量。

机载OPC不会捕获颗粒以进行单独识别。当使用OPC对空气中的颗粒物进行计数并且需要对颗粒物进行识别时，通常会使用敞开式过滤器支架。（另一种方法是使粒子沉降到见证板上，如下所述。）

市售的机载光学粒子计数器可以将粒径减小至50 nm（0.05μm）。尽管不是在同一台仪器中，也可以确定直径达几百微米的颗粒。光散射OPC的动态尺寸范围通常是可以确定尺寸的颗粒的函数。表4.1说明了这一原理。

表4.1。光散射光学粒子计数器的典型性能特征

光散射液载OPC使用与图4.1所示类型相同的几何形状。使用光散射来检测液体中的颗粒的一个困难是气泡的检测。由于空气的折射率（1.0）与液体的折射率之间的差异（对于水为1.33，这是用于液体传播的颗粒计数的常用介质），液体中的气泡将被视为颗粒。因此，在对液体中的颗粒计数时，须格外小心，以程度地减少气泡引起的误差。例如，如果使用磁力或其他搅拌机制使颗粒保持悬浮状态，则须调节旋转速度，以防止形成可能夹带气泡的涡流。快速脉冲超声搅拌会导致溶解在液体中的气体形成气泡。如果这些足够大，它们会上升到液体表面并破裂（冒泡）。通过将液体样品保持在适度的真空下，也可以程度地减少气泡的形成。

图4.1。光散射光学粒子计数器的基本组件。

大多数机载OPC会检测散射光以检测颗粒并确定其大小。相比之下，一些液体传播的OPC通过消光来调整颗粒大小。图4.1说明了使用光散射原理的机载OPC的一般工作原理。

在光散射OPC中，样品被吸入检测器腔室。检测器室被强光源照亮。聚焦光学器件以均匀的强度照亮检测器腔室的敏感体积。在不存在粒子的情况下，散射到检测器的光量小。当粒子进入敏感体积时，朝向检测器散射的光量与粒子的大小成比例增加。散射光强度的上升触发了时间电路。在该时间间隔内，检测器寻找峰值电压。信号处理电子设备解释散射光的强度，并将颗粒计数分配给适当的颗粒大小通道。其工作方式如图4.2所示。

图4.2。当单个粒子通过光散射OPC的样品室时的检测器响应。

还有第二种常见的OPC，它使用了灭绝原理。这些计数器更常用于液体颗粒计数器。在这种类型的计数器中，传感器与照明路径同轴。当粒子通过照明体积时，光被散射并吸收，从而从传感器中减去光强度。因此，基于消光的粒子计数器是明场测量，而光散射计数器使用暗场技术。

须认识到OPC的动态范围是有限的。这些限制包括：

颗粒尺寸：检测下限越小，尺寸测量上限越小。这是由于散射光强度的范围很广以及检测器动态范围的限制。明显小于照明波长的粒子会散射与粒子大小的四次方成正比的光强度。明显大于照明波长的粒子会将光散射成与它们直径的平方成正比的光。因此，可以对非常小的粒子（直径小于100 nm的大小）进行尺寸调整的粒子计数器可以检测到但不报告大粒子（大于几微米）的尺寸，因为检测器变得饱和了。

体积采样率限制：在许多粒子计数器中，为了提供较小的较低的粒子检测能力，光源已被聚焦在一个非常小的体积中。这限制了粒子计数器的体积采样率。

符合计数限制：图4.3说明了同时有多个粒子同时位于敏感体积中时发生的信号。第一个粒子进入敏感体积并触发计时电路。在第一粒子可以离开敏感体积之前，第二粒子（任意示出为小于第一粒子）进入敏感体积。这增加了散射到检测器的光的强度。检测器假定光来自单个粒子，因此它报告的粒径大于单个粒子的粒径。