雷射粒徑分析儀該怎麼選？光源與偵測器是關鍵心臟！

目錄 1.雷射粒徑分析儀的光源與偵測器 2.雷射粒徑分析儀的光源比較   a.雷射光會損壞粒徑樣品嗎? 3.雷射粒徑分析儀的眼睛:偵測器比較   a.PMT與APD比較   b.粒徑分析儀偵測器的選擇 4.所以那我該怎麼選雷射粒徑分析儀?   a.界達電位粒徑分析儀ELSZneo   b.多檢體奈米粒徑分析儀nanoSAQLA

雷射粒徑分析儀介紹

雷射粒徑分析儀顧名思義是以"雷射光"作為觀察光源，以偵測器收取雷射光經過樣品後的散射訊號，藉以解析粒子大小的儀器。
廣義的分類可分為奈米級，動態光散射DLS。微米級，雷射繞射法。
雖然都是以雷射作為光源，但動態光散射是收取散射光以偵測粒子的布朗運動後分析粒子大小，擅長奈米級的粒徑分析。
而雷射繞射法則是收取光通過粒子後不同角度的散射光後，分析散射圖譜後分析粒子大小，擅長微米級的粒徑分析。

雷射粒徑分析儀	量測原理	擅長範圍
動態光散射DLS	收取散射光後分析粒子的布朗運動	奈米(nm)級粒子
雷射繞射	收取不同角度的散射圖譜	微米(μm）級粒子

更詳細介紹請參考
📖 粒徑分析基本觀念，現行6種粒徑量測原理及方法完整說明->
我們今天僅針對奈米級的雷射粒徑分析儀，也就是動態光散射DLS，進行說明。

雷射粒徑分析儀的光源與偵測器

DLS雷射粒徑分析儀中，可以說是雷射粒徑分析儀最重要的兩個部位就是『光源』與『偵測器』，可以說是機台的關鍵心臟部位。

隨著時代演進這樣個硬件也有飛躍性的成長，從早期的He-Ne雷射加PMT(光電子倍增管)配上90度角量測，演進到目前的半導體雷射加APD(雪崩式二極體)配上背向光量測。



圖.早期雷射粒徑分析儀 LPA-3000 otuska(1986年)

可以說受惠於雷射光強度及偵測器種類(感度提升)的變化，讓粒徑分析不再侷限於90度角，得以收到背向散射光量測到不透光樣品。

雷射粒徑分析儀的光源比較

先上警語，粒徑分析儀的雷射光源屬於3b等級，請勿直視雷射光源。

大塚電子早期(約2000年以前)光源部分採用氣態雷射(下皆指He-Ne雷射)，進到2000年以後光源演進成半導體雷射，首先上簡單比較表。

	功率	波長	成本	衰減	體積
氣體雷射(早期機台)	數mW	固定(632.8 nm)	較低	會隨時間衰減	大
半導體雷射(現行機台)	數十mW	隨種類不同	較高	半永久	小

氣體雷射為發展最早的雷射種類，技術十分成熟，具有高同調性，低擴散角，低成本等等優點。早期大量投入於實驗儀器用光源，後因功率無法有效提高逐漸被其他種類雷射替換。
其他也廣泛用於光通訊等，近期更有使用於美容儀器的應用。也因為技術成熟的關係，成本也十分低廉，目前大概有0.5mW~數十mW等(常見在5mW以下)，其中造價也大約落在100~10000美金。

半導體雷射受惠於近期數十年半導體工藝技術突飛猛進，半導體雷射也有長足的進步，因為其體積小輸出穩定及半永久等特性，廣泛使用在各種實驗用光源中。
在粒徑分析儀中因為半導體雷射輸出功率大約比氣體雷射高出一個order，有效提升量測濃度範圍。主要在低濃度小粒徑(低散射光強度)樣品以及高濃度(吸光樣品)會有機會使用到比較高輸出的功率。

雷射光會損壞粒徑樣品嗎?

看到這裡您可能會有個疑問，高功率的雷射會造成樣品劣變嗎?
說mW可能比較沒有概念，以常見的東西類比，雷射筆大概是1~5 mW，CD讀取頭大約是50~100 mW。
以大塚電子現行ELSZ-2000系列或是nanoSAQLA系列，皆採用半導體雷射光源，最高輸出功率是70mW。
而機台本身並不是量測所有樣品都使用100%的光強度(絕大多數樣品也不會用到100%光強度)，而是會配合樣品自動調整光強。
提高雷射最大輸出，是在量測極端樣品時，有更多的選擇。
那麼若是以100%強度的70mW有可能造成樣品劣變嗎?我們來做個簡單的計算。 以最常見的氫鍵能量約25~40kJ/mol為例，我們取最低25kJ/mol。
要使1莫爾的氫鍵斷裂，需要累積25kJ的能量。
毫瓦mW與kJ轉換如下。
1焦耳(J)=1瓦特×秒(W·s)
1千焦耳(kJ)=1×10^6 毫瓦×秒(mW.s)
以70mW及25kJ做計算，不考慮能量逸散100%吸收的狀況下。
25kJ/0.00007mW.s=357142秒約略等於99.2小時。
也就是說至少要累積到99.2小時以上的能量才可能造成氫鍵斷裂。
 

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雷射粒徑分析儀的眼睛:偵測器比較

偵測器種類主要分為早期的PMT與近期的APD兩種，兩種檢出器皆是透過放大特定的光訊號，以達到增強訊號的目的，量測微弱光訊號的作用。
以大塚電子粒徑分析儀系列為例，偵測器種類也可簡單分類成兩種階段。

大約在2000年前期以前的機型主要是以PMT為主，其中PMT世代最後的ELS-Z系列又分成一般感度與高感度兩種。
進入ELSZ-1000系列以後，偵測器全面改成APD，有效縮短取樣間隔時間，進而縮短量測時間。下面將簡述兩種偵測器的基本原理與差異。

  以較為簡單的方法方述，PMT是以收到單顆光子後將其放大 ; APD則是將光子檔在一個閘門外，等累積到一定程度後再一次開閘。

粒徑分析儀偵測器的選擇

APD相較於PMT，因為原理不同，APD的量子轉換效率較高，尤其是在紅光區域。
量子轉換效率APD約100~1000倍以上，PMT約10~100倍。 且APD接收面積較小，
較不容易收到雜訊光源有更好的信噪比。
跟前一篇光源比較類似，氣態雷射與PMT都是屬於較早期的技術。 隨著半導體工藝演進，分別逐漸被半導體雷射及APD所取代。
不論是半導體雷射或APD都具備體積小，硬體能力較佳等特點，特別因為技術逐漸純熟的關係，製造成本也逐漸下降而被廣泛使用在各種光學儀器中。

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所以那我該怎麼選雷射粒徑分析儀?

簡單統整一下以DLS動態光散射作為技術的雷射粒徑分析儀早期與現代的雷射光源以及偵測器的簡述。

雷射粒徑分析儀(DLS)	光源	光源特色說明	偵測器	偵測器特色說明
早期機型	氣態雷射	光高同調性、成本低、功率低且有衰退問	光電子倍增管PMT	反應時間長、雜訊高
現代機型	半導體雷射	輸出高且穩定、非故障下沒有衰退問題	雪崩二極體APD	反應時間短、雜訊低訊號乾淨

其實每一間廠商都有固定的雷射光及偵測器種類，考量成本與技術等問題，部分廠商的硬體仍然沒有做出更新。
大塚的粒徑分析儀採用最新型的窄帶半導體雷射+高感度APD的最佳組合，歡迎聯繫我們。
 

界達電位粒徑分析儀ELSZneo

大塚電子從1970年起，發家的第一個商用化產品就是動態光散射(光子相關器)，在後來也推出複合界達電位(zeta potential)的奈米粒徑分析儀，率先將背向光散射商用化量測不透光的粒徑分析方法，以及提供固體樣品的表面電位量測等等。於半個世紀後，我們集結了所有技術推出最新型界達電位粒徑分析儀ELSZneo。以neo期許新生之意，希望能帶給客戶更多的感動。

多檢體奈米粒徑分析儀nanoSAQLA

另外，主打量測方便的多檢體奈米粒徑分析儀nanoSAQLA也是我們的主力產品之一。
不使用分注型的自動進樣確保您寶貴的樣品不會交叉汙染，而影響量測數值。

   

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