2014年10月14日上午，借第十二屆中國(guó)粉體加工/散料輸送展覽會(huì)（IPB 2014）之際, 美國(guó)康塔儀器公司在上海展覽中心舉辦了新聞發(fā)布會(huì)，宣布世界*動(dòng)態(tài)三維彩色粒度粒形分析儀MORPHO 3D問(wèn)世!
 
 
 
    顆粒大小及其形貌是描述顆粒性質(zhì)的兩個(gè)主要方面，也是材料物性表征的重要組成部分。用于表征粒徑及其分布的粒度儀在經(jīng)歷了電阻法計(jì)數(shù)器（上世紀(jì)70年代末引入我國(guó)）、 沉降法粒度儀（上世紀(jì)80年代末流行）和激光粒度分析儀（上世紀(jì)90年代末開始占統(tǒng)治地位）的發(fā)展階段后，正面臨著新的發(fā)展機(jī)遇，因?yàn)閮H能提供單一粒度分布參數(shù)的粒度儀已經(jīng)無(wú)法滿足日新月異的工業(yè)科技對(duì)同樣粒徑的顆粒進(jìn)行屬性區(qū)分要求！

 
   
粒度即顆粒大小，通常用顆粒直徑表示。但由于真實(shí)顆粒幾乎沒有圓形的，故有許多粒徑的表示方法（如下），同一顆粒可表示為多種粒徑值（圖3）。所以，不同粒度測(cè)試方法的結(jié)果是不能比較的。
 

常見粒度分析方法及優(yōu)缺點(diǎn)比較,如下表：

篩分法：　　顆粒粒度的測(cè)定方法中歷史zui長(zhǎng)、zui通行的方法，至今仍是多數(shù)企業(yè)質(zhì)量檢測(cè)的主要方法。其特點(diǎn)為：

優(yōu)點(diǎn):統(tǒng)計(jì)量大, 代表性強(qiáng); 便宜; 按重量分布。
缺點(diǎn)：  下限38微米；人為因素影響大；重復(fù)性差；對(duì)非規(guī)則形狀粒子誤差大；速度慢；篩分機(jī)噪音大。

顯微鏡法：是目前觀察顆粒形狀的主要方法，其特點(diǎn)是：

優(yōu)點(diǎn)：可直接觀察粒子形狀；可直接觀察粒子是否團(tuán)聚；光學(xué)顯微鏡價(jià)格便宜。
缺點(diǎn)：視野有限，代表性差；重復(fù)性差；測(cè)量投影面積直徑；速度慢。

電域敏感法（電阻法）：這是能夠進(jìn)行顆粒計(jì)數(shù)的儀器，其特點(diǎn)為：

優(yōu)點(diǎn)：能在較大的粒度范圍內(nèi)給出顆粒數(shù)目。
缺點(diǎn)：操作煩瑣，需配電解液、超濾，并對(duì)儀器用標(biāo)準(zhǔn)粒子校正；需更換不同的孔管，分段測(cè)量以獲得粒度分布圖；僅適用于帶電球形粒子。

沉降法：這是上世紀(jì)80年代主流測(cè)定方法，正在逐漸走出人們的視野。其特點(diǎn)是：

優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量重量分布；代表性強(qiáng)；經(jīng)典理論, 不同廠家儀器結(jié)果對(duì)比性好。
缺點(diǎn)：對(duì)于小粒子測(cè)試速度慢, 重復(fù)性差；對(duì)非球型粒子誤差大；不適應(yīng)于混合物料；動(dòng)態(tài)范圍比激光衍射法窄。

激光衍射方法( 0.02-3500微米) : 這是目前zui流行的粒度分析方法，其特點(diǎn)是：
優(yōu)點(diǎn)：顯示等效球體積分布；代表性強(qiáng)；經(jīng)典理論; 測(cè)量速度快, 動(dòng)態(tài)范圍寬; 無(wú)須稱重, 可邊分散邊測(cè)量; 重復(fù)性好, 適應(yīng)于混合物料測(cè)量。
缺點(diǎn)：對(duì)于檢測(cè)器性能要求高,小粒子測(cè)量技術(shù)和方法決定了儀器性能；故不同廠家儀器技術(shù)差異大，結(jié)果對(duì)比性不好；需要知道樣品的折光率和吸收率；大多數(shù)用戶不知道需要對(duì)不規(guī)則顆粒進(jìn)行選擇，都是當(dāng)做球形顆粒進(jìn)行計(jì)算。
 
    過(guò)去,觀察樣品顆粒的全貌是依靠顯微鏡,對(duì)極少量顆粒進(jìn)行拍照存檔,但如何對(duì)顆粒的粒形進(jìn)行科學(xué)的定量,一直是困擾科學(xué)家的課題。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)滲入到各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域,采用綜合性圖像分析系統(tǒng)可以快速而準(zhǔn)確地完成顯微鏡法中的測(cè)量和分析統(tǒng)計(jì)工作。綜合性的圖像分析系統(tǒng)是在體視學(xué)的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展起來(lái)的,它可對(duì)顆粒粒度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量并自動(dòng)分析統(tǒng)計(jì)。圖像法粒度粒形分析儀就是顯微鏡對(duì)被測(cè)顆粒進(jìn)行成像, 然后通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)完成顆粒粒度的測(cè)定和形貌的定量分析。圖像分析技術(shù)因其測(cè)量的隨機(jī)性、統(tǒng)計(jì)性和直觀性被*為是測(cè)定結(jié)果與實(shí)際粒度分布吻合的測(cè)試技術(shù)。

    隨著光學(xué)、信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，將圖像這一直觀的觀察測(cè)量方法與統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的圖像法顆粒粒度粒形表征不僅能夠得到個(gè)別顆粒的直觀信息，還能夠得到大量樣品的粒徑和形貌統(tǒng)計(jì)信息，同時(shí)覆蓋了篩分法、顯微鏡法、電域敏感法和激光衍射法的特點(diǎn)，一次性表征圖3中列出的所有粒度分布參數(shù)，可以給出形貌分布圖，同時(shí)可以報(bào)告顆粒數(shù)和相對(duì)顆粒數(shù)，從而幫助使用者地表征樣品。

    根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，從理論分析和計(jì)算可知， 對(duì)于不規(guī)則的微粉顆粒電阻法檢測(cè)得到的粒徑結(jié)果zui小， 圖像法zui大，激光衍射法居中。
 
    電阻法是一種動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程。當(dāng)顆粒穿過(guò)小孔時(shí)，zui小自由能平衡原理，顆粒通常是以長(zhǎng)軸與小孔軸心線平行的方向穿過(guò)小孔， 也就是說(shuō)顆粒一般情況下不會(huì)橫穿小孔。當(dāng)小孔的壁厚一定時(shí)，小孔的電阻大小只與顆粒遮擋的小孔面積有關(guān)， 而與顆粒長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。因此說(shuō)電阻法測(cè)得的粒徑是顆粒長(zhǎng)軸方向zui大投影面積的等效圓直徑（見圖4），而不是通常認(rèn)為的顆粒等效圓球體積直徑。 所以結(jié)果zui小。

    圖像分析法包括靜態(tài)圖像分析法和動(dòng)態(tài)圖像分析法。靜態(tài)分析法是高精度分析方法，它是將微粉顆粒均勻地分散在載薄片上， 再攝取圖像進(jìn)行分析。 根據(jù)zui小自由能平衡原理，微粉顆粒在載玻片上分散時(shí)，應(yīng)該是以zui穩(wěn)定的狀態(tài)平躺在載薄片，攝取的顆粒圖像是zui大投影面積（A，見圖4）。因此說(shuō)圖像分析法測(cè)得的粒徑是顆粒zui大投影面積的等效圓直徑，不是顆粒等效圓球體積直徑，所以結(jié)果zui大。
    
激光衍射法也是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，被測(cè)顆粒的運(yùn)動(dòng)方向與激光束的方向垂直，因此激光衍射法測(cè)得的粒徑是顆粒面向激光束表面平均面積的等效圓的直徑，其結(jié)果大小處于電阻法和圖像法兩者之間。由于激光衍射法各粒徑的體積比是經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)擬合后的結(jié)果，因此難以客觀地反映顆粒體系的實(shí)際分布規(guī)律，尤其是在曲線兩端， 也就是說(shuō)，在小于D3 和大于D94位置其測(cè)量擬合偏差更是偏大。

    由此可見，激光衍射法和電阻法與圖像分析法與一樣，原始數(shù)據(jù)的測(cè)量都是二維的，而不是三維的。

 
 
    如圖4所示，常規(guī)的圖像法粒度粒形分析儀只能測(cè)得顆粒的長(zhǎng)度和寬度，而不能測(cè)量厚度。如今，歐奇奧公司海外銷售總監(jiān)杰羅姆·薩巴蒂爾（Jérôme SABATHIER）驕傲地宣布：比利時(shí)歐奇奧(Occhio)儀器公司經(jīng)過(guò)十余年探索，成功進(jìn)行了顆粒長(zhǎng)度、寬度和厚度的三維測(cè)量，并進(jìn)行彩色成像，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破！
 
 
 
薩巴蒂爾饒有興趣地介紹了歐奇奧公司的歷史。2001年，當(dāng)比利時(shí)列日大學(xué)一個(gè)礦產(chǎn)項(xiàng)目研究小組在經(jīng)過(guò)5、6年完成了用圖像法對(duì)礦物加工產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)體系并設(shè)計(jì)出儀器后，來(lái)到一個(gè)酒吧慶祝。這些來(lái)自比利時(shí)、法國(guó)和意大利平均30歲左右的年輕人在慶祝之余開始討論創(chuàng)業(yè)。討論的結(jié)果是利用自己的發(fā)明成立公司。那么公司的名字叫什么呢？  爭(zhēng)論的結(jié)果采納了意大利人的響亮的意大利語(yǔ)“OCCHIO－眼睛”！ 眼睛也成了公司的標(biāo)志。

他們?yōu)樽约旱脑O(shè)想和創(chuàng)意而感到無(wú)比興奮，他們沉浸在創(chuàng)業(yè)的暢想之中…..
  這一天他們喝了很多很多酒，都醉了……
    歐奇奧(Occhio)儀器公司座落于歐洲中心風(fēng)景秀麗的古老小城，這里距離德國(guó)100公里，距離法國(guó)100公里，距離首都布魯塞爾也是100公里，交通十分便捷。早在2001年，歐奇奧公司就為世界zui大的水泥和混凝土生產(chǎn)混凝土* - 法國(guó)拉法基公司定制了世界*臺(tái)三維粒度粒形分析儀- ALPAGA。十余年來(lái)，匯集了來(lái)自歐洲各國(guó)科學(xué)家的歐奇奧公司，不斷創(chuàng)新，不僅擁有了動(dòng)態(tài)和靜態(tài)、干法與濕法全系列粒度及顆粒形貌分析系統(tǒng)，而且下限擴(kuò)展到了200nm；應(yīng)用從顆粒、粉末、懸浮液、乳濁液延伸到泡沫、纖維 和板材；不僅可以測(cè)定粒度分布、顆粒形狀及其分布，而且可進(jìn)行顆粒計(jì)數(shù)，甚至報(bào)告大孔孔隙率和孔徑分布；并開發(fā)了彩色粒度粒形成像系統(tǒng)，為混合顆粒含量的判別奠定了基礎(chǔ)。歐奇奧的多款儀器同時(shí)具有激光粒度儀、庫(kù)爾特計(jì)數(shù)器和顯微鏡的功能，是新一代的粒度分析儀。

 
如今，專注于開發(fā)圖像法粒度粒形分析技術(shù)的歐奇奧公司已經(jīng)形成涵蓋各種應(yīng)用的四大系列粒度粒形分析系統(tǒng)及各種專業(yè)系統(tǒng)。它們包括：

l ZEPHYR 系列動(dòng)態(tài)干/濕法粒度粒形分析儀：結(jié)合機(jī)械和真空分散，可提供快速和準(zhǔn)確的粒徑粒形分析。它可以替代篩分法分析，在糖、咖啡、奶粉、木纖維、聚四氟乙烯等材料中的應(yīng)用，是激光光散射法的一種替代技術(shù)。結(jié)合CALLISTO軟件，可以在幾分鐘之內(nèi)完成分析。可在線應(yīng)用。
圖為ZEPHYR LDA 型，其粒度分析范圍為：
干法：7µm-5mm； 
濕法： 1µm-3mm
 

500nano 系列全自動(dòng)靜態(tài)干/濕法粒度粒形分析儀：集成了真空分散裝置，高分辨聚焦裝置（1000萬(wàn)像素相機(jī)）和圖像處理系統(tǒng)。藍(lán)光光源可以檢測(cè)極小的顆粒。
 圖為 500nano XY 型 (0.2µm -3000µm)
干法分析范圍：0.2 -3000µm
濕法分析范圍：0.8 - 300µm



FC200 系列全自動(dòng)濕法粒度粒形分析儀： 靜態(tài)濕法或循環(huán)型濕法。 采用同等儀器中zui高水平的 1000 萬(wàn)像素的照相機(jī), 對(duì)分散在液體中顆粒高分辨率成像和計(jì)數(shù),可拍攝到粒徑小于 200 nm 的顆粒。由于焦點(diǎn)深度較深，全域攝影利用光學(xué)系統(tǒng)控制，粒子成像鮮明，可測(cè)量通常的粒度分布儀器不可測(cè)試的粒子形狀，對(duì)異物進(jìn)行有效分析。分析范圍：0.2 -1000µm。它們?cè)诖呋瘎⒌矸邸⑷閯⒔Y(jié)晶等研究領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，可迅速地對(duì)顆粒樣品進(jìn)行粒度、粒形、計(jì)數(shù)等分析，并能夠提供52個(gè)粒度和粒形參數(shù)


 Scan600型全自動(dòng)靜態(tài)干/濕法粒度及形貌分析儀：
1 可對(duì)大塊樣品進(jìn)行成像并進(jìn)行紋理分析，樣品尺寸可達(dá)20cm x 30cm。
2 可分析平板材料樣品的氣孔大小,形狀及其孔徑分布,孔徑范圍從至少1mm到5cm。
3 具有對(duì)纖維材料的分析能力，包括纖維長(zhǎng)度和粗細(xì)度。
4 可對(duì)液體中的泡沫進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析
5 樣品粒度適用范圍：10um～50mm，可擴(kuò)展至2µm ～ 20cm
除此之外，歐奇奧還提供特殊應(yīng)用分析測(cè)定儀器，如圖7所示。
 
 

 
 
 
 
然后Jérôme SABATHIER著重介紹了世界*動(dòng)態(tài)三維彩色粒度粒形分析儀- MORPHO 3D。

一般的圖像法粒度分析儀只能測(cè)量顆粒的平面信息即a、b方向數(shù)據(jù)；而MORPHO 3D不僅可以測(cè)量顆粒a、b方向數(shù)據(jù)，而且可以測(cè)量顆粒的厚度即c方向數(shù)據(jù)（見圖4）。該設(shè)計(jì)突破性地采用了兩部呈90度角的相機(jī)由樣品正上方和左側(cè)采集數(shù)據(jù)的技術(shù)，以及歐奇奧皮帶輸送技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了顆粒三維信息的真實(shí)獲取，再結(jié)合歐奇奧公司的驕子（Callisto）3D彩色分析軟件，可用于分析非球形顆粒如小球、谷物、藥片、玉米、化肥、大米等的粒度及厚度；其彩色分析功能還可以呈現(xiàn)顆粒顏色，并根據(jù)顆粒的不同顏色分析每種顆粒群所占比例。同時(shí)，新型及*的樣品分散器能夠?qū)⒁粋€(gè)個(gè)顆粒*分散開，從而保證顆粒之間無(wú)干擾采集數(shù)據(jù)；樣品傳送帶可以將顆粒保持在同一位置，從而得到真實(shí)顆粒粒度及厚度即顆粒的三維數(shù)據(jù)。


 
 
 
 
 
作為歐奇奧公司的戰(zhàn)略合作伙伴和中國(guó)總代理，美國(guó)康塔儀器公司特別借IPB 2014召開之際，將這款創(chuàng)新型顆粒粒度粒形分析儀推薦給中國(guó)客戶，希望能夠?yàn)榭蛻舸蛟斐霾牧项w粒特性表征現(xiàn)代化與解決之道。

美國(guó)康塔儀器公司中國(guó)區(qū)楊正紅主持了發(fā)布會(huì)并擔(dān)當(dāng)翻譯。他表示：“歐奇奧公司已經(jīng)積累了十多年的顆粒三維分析解決方案的經(jīng)驗(yàn)。目前，國(guó)內(nèi)混凝土等行業(yè)對(duì)3D分析有著迫切的需求，因此MORPHO 3D可以適時(shí)、及時(shí)地滿足這種需求，我們希望越來(lái)越多的科研人員和工程師能夠關(guān)注到MORPHO 3D三維動(dòng)態(tài)彩色粒度粒形分析儀。”
 
 
 
 
歐奇奧——用眼看世界：看到即得到——沒有假設(shè)，只有定義，52個(gè)粒度粒形參數(shù)依賴于歐奇奧引以為榮的驕子軟件！通過(guò)使用的光學(xué)設(shè)計(jì)，OCCHIO公司的儀器可以獲得高質(zhì)量的顆粒圖像，并用OCCHIO開發(fā)的功能強(qiáng)大的算法軟件進(jìn)行后期圖像處理，從而得到所需要的研究參數(shù)。無(wú)論是科研實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)生產(chǎn)分析，甚至是在線實(shí)時(shí)的顆粒分析需要，OCCHIO都可以提供與之相適應(yīng)的顆粒測(cè)量解決方案，帶給客戶、有效的數(shù)據(jù)結(jié)果。

通常我們所熟悉的粒度分布圖，即以顆粒粒徑、顆粒含量?jī)蓚€(gè)參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行的粒度分析稱為二維粒度分析（圖9），它反映了粒群中顆粒大小與數(shù)量多少的關(guān)系，在生產(chǎn)和應(yīng)用中，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量和控制都有一定的指導(dǎo)意義。但由于二維分析的局限性，不能反映顆粒形狀的影響，對(duì)于產(chǎn)品粒度組成質(zhì)量要求高的，這種分析已不能滿足需要，隨之也就產(chǎn)生了三維分析。


 
 
  三維粒度分析是以顆粒粒徑、顆粒形狀、顆粒含量三個(gè)參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行的粒度分析（圖10）。三維粒度分析反映了粒群中顆粒大小、顆粒形狀與數(shù)量多少的關(guān)系，比二維粒度分析更全面地反映了粒群體系的真實(shí)狀況，對(duì)于控制產(chǎn)品質(zhì)量是一種更加有效的檢驗(yàn)方法。三維粒度分析將是今后發(fā)展的方向，歐奇奧軟件在該領(lǐng)域走在了前列，它可以在2D或3D空間看到以下粒形參數(shù)的粒徑和形貌的分布關(guān)系，包括: 

l 面積直徑 Area Diameter 
l 內(nèi)切圓直徑 Inner Diameter 
l 寬度 Width 
l 長(zhǎng)度 Length 
l zui大長(zhǎng)度 Max Distance 
l zui短長(zhǎng)度 Geodesic Length 
l 鈍度 O. Bluntness 
l 粗糙度 O. Roughness 
l 延伸度 Elongation 
l 實(shí)積度 ISO Solidity 
l 圓形度 ISO Circularity
l 灰度平均值 Lum Mean:

不僅如此，鼠標(biāo)指向區(qū)域的單個(gè)顆粒形貌，該顆粒的粒度粒形參數(shù)及邊界定義也實(shí)時(shí)顯示在出來(lái)（圖10）。另外，Callisto（驕子）顆粒圖像專家系統(tǒng)還創(chuàng)造性采用粒度（圖11左下）和粒形（圖11右下）多種參數(shù)的比較圖。一旦理解了該圖，生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量變化與什么參數(shù)相關(guān)便一目了然。

歐奇奧的產(chǎn)品引起了與會(huì)者的極大興趣，Jérôme SABATHIER回答了聽眾的提問(wèn)。楊正紅總表示，正如上世紀(jì)90年代末激光粒度分析儀逐漸取代沉降法分析一樣，顆粒分析領(lǐng)域正在迎來(lái)一個(gè)新的時(shí)代！