维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期总第１５９期 ２００８年９月 浙江水利科技 Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｈｙｄｒｏｔｅｃｈｎｉｃｓ Ｎｏ．５ Ｔｏｔａ１ Ｎｏ．１５９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００８ ＭＳ２０００激光粒度分析仪在泥沙研究中的应用浅述 刘冬雪。张坚糅 （浙江省河海测绘院，浙江杭州 ３１０００８） 摘要：激光衍射法是目前较为先进并被广泛应用的粒度测定方法。马尔文Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ２０００激光粒度分析 仪基于完全的米氏光散射理论，以其卓越的性能在各领域得到广泛的应用。总结了粒度测量基本方法的优缺点， 并阐述了ＭＳ２０００激光粒度分析仪在不同流域泥沙颗粒分析研究中的应用。 关键词：粒度分析；泥沙颗粒研究；Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ２ＯＯ０ 中图分类号：ＴＶ１４２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８—７０１Ｘ（２００８）０５—００６５—０２ １问题的提出 粒度分析在区分沉积环境、判定物质输运方式、判别 水动力条件和分析粒径趋势等方面具有重要作用。由于传 统的粒度测量方法操作繁琐，耗时较长，已经越来越不能 适应现代工业和科研快速反应的需求。现代新兴科技的发 展使激光和微电子技术应用到粒度测量领域，完全克服了 代表性好，理论性强，准确性和重复性较好。缺点：检测 速度慢，操作复杂，不适用于混合物料（即粒子比重必须 一致才能较准确，结果受环境因素和人为因素影响较大。 （３）显微镜法。所测的粒径为等效投影面积径，计算 出的为长度平均径。优点：简单、直观、可进行形貌分析， 可以准确得到球形度、长径比等特殊数据。缺点：只能得 到两维尺寸，且结果代表性和重复性差，只能检查相对较 传统方法所带来的弊端，在大大减轻劳动强度的同时，加 快了样品的检测速度，提高了检测结果的质量 。 马尔文Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ２００Ｏ激光粒度分析仪基于完全的米 少的颗粒，不适用于生产控制技术。 （４）库尔特（电阻）法。所测的粒径为等效电阻径。 其测定原理是电阻增量正比于颗粒体积，再将体积换算成 圆球直径。优点：操作简便，可测颗粒总数，统计出粒度 氏光散射理论，是一种快速、准确、非接触的粒子尺寸测 量仪器，广泛适用于石油、化工、制药、建筑、冶金、地 质、食品、军工等各个领域。具有动态范围宽（０．０２— ２ ０００／ａｎ），自动化水平与测试速度高，工作质量保证体系 强，重现性好，适应性广（干、湿试样均可分析），无破坏 性等特点，具有推广价值 Ｊ。由于其出色的性能和高度智 能化表现，若用于河流泥沙粒度分析，将使该研究技术水 平有突破性进展。 分布，等效概念明确，速度快，准确性好。缺点：测试范 围较小，小孔容易被颗粒堵塞，介质应具备严格的导电 特性。 （５）激光衍射／散射法。该法应该更准确地称为小角激 光光散射（Ｉ．ＡＩＩｓ），依赖于最大光强衍射角与粒度成反比 的事实。在许多行业中，这种方法已成为特性和质量控制 的首选方法。优点：动态范围宽，测试速度快，自动化程 度高，操作简便，重复性和真实性好，不受人为因素干扰， 可以测量混合粉、乳浊液和雾滴等。缺点：不宜测量粒度 分布很窄的样品，仪器造价较高。 （６）电镜法：优点：适合测试超细颗粒甚至纳米颗粒， ２粒度分析方法概述 粒度测试的基本方法有筛分法、沉降法、显微镜（图 像）法、库尔特（电阻）法、激光衍射／散射法、电镜法、 超声波法等。其优缺点如下： （１）筛分法。优点：设备简单、结果直观、便于掌握。 缺点：不能测定粒径小于４０ 的细颗粒，测试时间长且 分辨率高。缺点：样品少，代表性差，仪器价格昂贵。 （７）超声波法：优点：可对高浓度浆料直接测量。缺 点：分辨率较低。 不同原理的测定方法将会测量１个颗粒的不同的特性， 不能进行重复性测试，不能测定喷雾或乳剂等液体样品。 如相同最小长度的球体、相同最大长度的球体、有相同沉 降速度的球体、通过相同筛孔的球体、相同表面积的球体、 （２）沉降法。根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速 度不同进行测量粒度分布的１种方法。沉降速度与粒径的 关系用Ｓｔｏｋｅｓ定律来描述： 相同体积的球体或者相同重量的球体，因而与另一种测量 尺寸的方法得出的结果不同。对于１个堕个颗粒可能存在 不同的等效结果，其实每一种结果都是正确的，差别仅在 于它们分别表示该颗粒其中的某一特性。因此，只有使用 相同的测量方法，才可能直接地比较粒度大小。 所测的粒径为等效沉速粒径。优点：操作简便，结果 收稿日期：２００８－０３－２２ 作者简介：刘冬雪（１９８１一），女，硕士研究生，主要从事水 ３ ＭＳ２０００激光粒度分析仪在泥沙研究中的 应用 水位、流量、泥沙测验和分析，是水文工作的三大基 ・文化验、激光粒度仪操作及分析工作。 ６５・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 总第１５９期・浙江水利科技・２００８年第５期 本要素。当前，水位、流量的测验通过引进新的设备，已 取得一定的成效，但河流泥沙颗粒的测验依然应用传统方 性和研究效率。 ４ ＭＳ２０００激光粒度分析仪在颗粒分析工作 法。随着社会经济的快速发展，河流泥沙治理开发的任务 愈来愈重，对水文工作的要求也愈来愈高。无论是防洪、 水资源统一管理，还是生态环境的建设，都需要水文信息 的快速、准确、及时，而传统水文的方法和手段都难以满 足这一要求，水文泥沙颗粒分析工作更是如此 Ｊ。ＭＳ２０（￣ 激光粒度仪在泥沙粒度分析中的应用，使泥沙颗粒的测验 和分析手段有了质的飞跃。 ３．１ 在珠江三角洲泥沙颗粒研究中的应用 刘幼萍和童娟等在珠江三角洲的泥沙粒度研究中引进 Ｉ￣２（Ｘ）Ｏ激光粒度分析仪 Ｊ。在“西江（界首～肇庆）航道 整治工程可研究”项目中，为充分了解主要工程河段的水 文泥沙特性，分别于２００４年９、１０月和２００５年３月在研究 河段沿程采集河床质、悬移质沙样，使用ＭＳ２０００激光粒度 分析仪进行泥沙颗粒级配分析试验。得出结论：２００４年下 半年的泥沙颗粒较２００５年上半年集中，以砂粒为主；２００５ 年的粉砂及砾石均在不同河段有增多现象。该仪器性能卓 越，珠江三角洲的１２Ｉ ｆ－１泥沙以幼沙为主，适合仪器的使用 特性。 ３．２在黄河泥沙分析研究中的应用 牛占与和瑞勇等应用ＭＳ２０００激光粒度仪对黄河干支流 ３４个具有广泛代表性的主要控制站悬移质及河床质泥沙样 品１２０组进行分析ｂ］，通过基础参数确定实验，对分散时 间、泵速、遮光度和折射率等参数进行优化，取得了适于 黄河泥沙粒度分析的一套基础参数，为进一步推广应用作 好了准备。通过激光一传统法颗粒级配相关分析，获得了 两者的互换关系，使资料能够衔接起来，解决了本业务技 术发展的一个基本问题。 ３．３在长江泥沙分析研究中的应用 田岳明和黄双喜等共采集了长江干流（上、中、下游） 和一级支流汉江的２３个具有较广泛代表性水文测站的３０９ 组悬移质泥沙样品和３５组床沙样品，分别进行常规粒、吸 结合法颗粒分析和激光法颗粒分析，并进行样品颗粒级配 测试吲。收集对比分析资料得出：激光粒度仪分析稳定 （重复）性较好，精确度较高；激光粒度仪在粒径大于 ０．０３１ⅡⅡｎ以上与传统法相比系统偏差较小，而以下则系统 偏差较大，同组粒径累积百分数最大相差达６０％，一般表 现为粒径越小、相差越大。另外，不同河段、不同沙样条 件下，激光粒度仪与传统粒吸法分析泥沙颗粒级配两者之 间相关关系复杂、随机性大；即使是在同一河段、同一单 站，也不是理论上一一对应函数关系，而是存在对应的差 异性。 ３．４在环境演变研究中的应用 沉积物粒度是古环境演变研究当中一个重要的替代性 指标。施汝权和潘安定在对广东省江村地区第四纪沉积物 样品的粒度分析过程中运用了ＭＳ２０００型激光粒度仪，通过 对沉积物样品粒度处理的过程和结果进行分析和探讨，发 现该地至少经历了３—４个干湿循环交替期，反映了当地气 候的演变过程及特点 ］。作者指出，激光粒度仪在沉积物 粒度研究中的应用，大大提高了环境演变的科学性、准确 ・６６・ 中的应用 长期以来，浙江省河海测绘院的颗粒分析工作一直采 用的是传统法或消光法，并已积累了丰富的泥沙颗粒分析 资料。近年来，随着测试新技术、新仪器不断发展，为进 一步提高颗粒分析技术水平，浙江省河海测绘院化验中心 于２００８年引进了ＭＳ２０００激光粒度分析仪，现已初步在日常 泥沙颗粒分析工作中投入使用，并在测试过程中显示出其 优越性：检测速度快，扫描速度１ ０００次，ｓ，可以在３０ Ｓ之 内完成光路校正、背景扣除、取样、数据处理、报告生成 等全部操作。该仪器分析软件功能强大，通过软件直接的 转换功能，泥沙级配资料整编无需录入，大大降低了颗分 资料整编工作量，解决了传统颗分资料整编数据逐个录入 繁琐又易出错等一系列问题。 在实际测量中，对不同的待测物质，需要对样品测量 过程的控制参数加以优化设置，才能得出符合实际的粒度 分析结果。目前，实验管理人员已经摸索并积累了一些经 验，但如何让这一先进仪器在今后的工作和科研中充分发 挥其作用，仍需更深入的研究和实践。 ５结 语 基于经典光学原理与现代信息采集技术的ＭＳ２０００激光 粒度分析仪，其提供的高质量的泥沙颗粒分析成果将为研 究河口整治、河流的河道淤积、河床演变提供可靠数据， 为水利工程的调度、运用提供重要的基本资料，为河流的 治理、开发、水资源利用提供科学依据，必将产生极大的 社会效益和经济效益。但是，由于传统法与激光法测量原 理不同，分析结果存在一定的系统偏差。为保持特定测量 区域泥沙颗粒分析资料的连续性、完整性、一致性，对激 光法和传统法资料成果之间的差异需要继续进行研究，并 从不同沙源、不同沙型等方面进行样品采集与测试；还需 要从理论和实践上进一步分析两种测量方法之间的相关关 系，为我国泥沙颗粒分析工作新技术的开发应用提供技术 支撑。 参考文献： ［１］丁喜桂，叶思源，高宗军．粒度分析理论技术进展及其应用 ［Ｊ］．世界地质，２００５，２４（２）：２０３—２０７． ［２］黄镇，张海舰，蒋立翔，等．激光粒度分析仪在水煤浆中的 应用［Ｊ］．中国仪器仪表，２００４（５）：３８—４０． ［３］牛占，和瑞勇，李静，等．激光粒度分析仪应用于黄河泥 沙颗粒分析的实验研究［Ｊ］．泥沙研究，２００２（５）：６—１４． ［４］刘幼萍，童娟，李小妮．应用马尔文ＮＳ２０（￣激光粒度分析 仪分析河流泥沙颗粒［Ｊ］．水利科技与经济，２０Ｏ５，１１（６）： ３２９—３３１． ［５］田岳明，黄双喜，吕金城，等．激光粒度分布仪在长江泥沙分 析研究中的应用［Ｊ］．人民长江，２００６，３７（１２）：５３—５５． ［６］施汝权，潘安定．马尔文激光粒度仪在环境演变研究中的应用 ［Ｊ］．菏泽学院院报，２００５，２７（２）：５６—６ｏ． （责任编辑朱贤泽）
