圆盘离心机操作原理

圆盘离心机能够根据颗粒的大小和密度进行分离，是高分辨率粒度测量的理想方法。圆盘式离心沉降粒度仪（BI-DCP）使用可见光来检测颗粒。使用圆盘离心机时，需要选择合适的旋转流体和圆盘速度，以便在特定的运行时间内达到所需的分离效果。

工作原理：圆盘式离心沉降粒度仪（BI-DCP）

颗粒会散射光，部分颗粒还会吸收光。DCP 使用一束 LED 光，下列关系式描述了其基本原理。该分析基于光散射的一种简化形式，即浊度。静态和动态光散射通过量化散射光来计算粒径，而浊度只需要能够测量由于 散射和/或吸收而损失的光，本质上是通过透射率的降低来实现的。

• I_t=I₀ exp (-Q_ext * C * L)  其中I₀ 为入射光强度，I_t 为透射光强度
• Q_ext = 消光效率 = f(d_p, n_p/n_f, λ)    
• c = 质量浓度
• L = 光程（圆盘中旋转液的宽度）
• 光或者被吸收或者被散射，这两者的总和被称为消光。
• 消光是粒径的强函数。当 d_p ≤ 5μm 时，需要进行显著的光学校正
• 对于高密度材料（如金属氧化物），该方法灵敏度高但定量性较差，因为在这种情况下 Q_ext 不易准确计算。

计算颗粒直径的关键方程式为：

注意，时间与粒径的平方成反比。

其中：

t = 时间

ƞ_L = 液体粘度

R_D = 检测器到圆盘中心的距离

R_I = 液面到圆盘中心的距离

ρ_p = 颗粒密度

ρ_L = 液体密度

BI-DCP 获得的最终粒径分布取决于流体动力学，因为这决定了粒子带到达检测器所需的时间。在考虑具有复杂折射率的材料（如金属和金属氧化物颗粒）时，光学校正变得更加困难。这类样品更适合采用 X 射线检测。原子质量较高的纳米材料往往具有更高的密度，因此沉降速度更快。金属和金属氧化物颗粒通常如此。

参考文献：:

• Weiner, Bruce B., “Let There Be Light: Characterizing Physical Properties of Colloids, Nanoparticles & Proteins Using Light Scattering”, Chapter VII: Sedimentation & Centrifugation. Amazon, May 2019.
• Hodoroaba VD., Unger W., Shard A., “Characterization of Nanoparticles: Measurement Processes for Nanoparticles. Elsevier, Oct 2019.