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1引言
土壤是由液體、氣體、固體三相組成，不同粒徑粒形的土壤顆粒是土壤的重要組成部分。土壤的粒徑粒形分析的目的是為了測(cè)定不同粒徑粒形土壤顆粒的組成，并進(jìn)行土壤質(zhì)地的確定。而土壤質(zhì)地則是土壤最基本的特征之一，是土壤分類的重要依據(jù)，對(duì)土壤肥力、土壤養(yǎng)分運(yùn)移、土壤水分特征曲線及土壤可蝕性等具有重要影響。
目前測(cè)量土壤粒徑粒形的方法很多，有篩分法，沉降法，激光衍射法，電阻法以及靜態(tài)圖像法等。關(guān)于這些方法的詳細(xì)介紹可以參考有關(guān)書籍，這里就不贅述了。值得指出的是在激光衍射法中，其理論基礎(chǔ)是FRAUNHOFF衍射或者M(jìn)IE散射理論，這兩種方法都是根據(jù)在顆粒在焦平面上形成的衍射以及散射信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)推算顆粒的大小。而傳統(tǒng)的圖像法中，是借助顯微鏡、攝像頭或數(shù)碼像機(jī)和圖形采集卡利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理和計(jì)算，從而得到顆粒的大小以及形狀參數(shù)。考慮到這種方法單次所測(cè)到的顆粒個(gè)數(shù)較少，一般采用通過更換視場(chǎng)的方法進(jìn)行多次測(cè)量來(lái)提高測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。
2 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 目標(biāo)
AZ-S0300土壤粒徑粒形測(cè)量系統(tǒng)采用的雙通道技術(shù)，進(jìn)行土壤、污泥、河床沉積物、飛灰、水泥等樣品中顆粒粒徑粒形分布的研究。其激光通道應(yīng)用符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的激光光阻法（也叫時(shí)間轉(zhuǎn)換理論或者激光脈沖分析法），克服了傳統(tǒng)激光粒度儀只適合于分析純凈物的缺點(diǎn)（傳統(tǒng)激光衍射法必須要知道樣品的光學(xué)特性，而大部分環(huán)境樣品成分復(fù)雜，光學(xué)特性不固定），測(cè)量過程對(duì)于樣品的任何物理特性都沒有依賴型，實(shí)現(xiàn)了物性無(wú)關(guān)的檢測(cè)；此外，其Video通道應(yīng)用動(dòng)態(tài)粒形分析技術(shù)，在很大程度上提高了分析的精度并且縮短了分析所需的的時(shí)間。AZ-S0300土壤粒徑粒形觀測(cè)系統(tǒng)通過靈活的模塊化配置，可滿足不同類型的干法及濕法檢測(cè)需求，也可實(shí)現(xiàn)液體、乳劑、膏狀、薄膜、氣溶膠等樣品的測(cè)量需求。
2.2 土壤樣品采集
自然條件下，選取具有代表性的典型區(qū)域作為取樣樣地；實(shí)驗(yàn)研究條件下，根據(jù)研究目的選取特定區(qū)域作為取樣樣地。根據(jù)樣地類型、開闊平坦程度、土壤勻質(zhì)程度等條件可選擇“梅花形"“棋盤式"“S形"“網(wǎng)格法"進(jìn)行布點(diǎn)，同一類型的土壤樣品，至少取3個(gè)土樣作為重復(fù)。樣品采集的時(shí)間和頻率根據(jù)研究對(duì)象和目的決定。具體操作和細(xì)節(jié)可參照《土壤理化分析》中相關(guān)部分。
2.3 測(cè)量指標(biāo)
AZ-S0300土壤粒徑粒形測(cè)量系統(tǒng)采用的激光、視頻雙通道檢測(cè)技術(shù)，在進(jìn)行激光粒度檢測(cè)的同時(shí)能夠得到顆粒的形貌和樣品分散信息，而且能夠?qū)τ诘玫降膱D像進(jìn)行定量的粒形分析。可以得到近40個(gè)參數(shù)：
顆粒數(shù)量分布、D10/D50/D90顆粒度分布、顆粒表面積分布、顆粒體積分布、平均顆粒粒徑、體積平均粒徑、表面積平均粒徑、數(shù)量平均粒徑、等效面積直徑、弗雷特（Feret）直徑及其/最小/平均值、長(zhǎng)細(xì)比、圓度、周長(zhǎng)、分形維數(shù)、形狀因子、凹凸度和橢圓度等。
2.4 測(cè)量系統(tǒng)組成
AZ-S0300土壤粒徑粒形測(cè)量系統(tǒng)由土壤取樣單元、激光粒度儀主機(jī)、激光測(cè)量頭、視頻顯微鏡、測(cè)量池模塊（有磁力擾動(dòng)測(cè)量池、機(jī)械擾動(dòng)測(cè)量池、液體流動(dòng)測(cè)量池、流動(dòng)式液體測(cè)量池、纖維測(cè)量池、氣溶膠測(cè)量池、微流量測(cè)量池、加熱測(cè)量池、自由落體測(cè)量池、薄層測(cè)量池等可選）、粒形分析軟件等組成。
3 數(shù)據(jù)處理
激光和視頻分析產(chǎn)生的全面信息，很容易通過直觀的數(shù)據(jù)報(bào)表軟件得到。測(cè)量結(jié)果可以各種表格和圖顯示出來(lái)，這些表格和圖可以由用戶選擇，以便正確顯示需要的信息。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，很容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)比較和分析，允許對(duì)覆蓋圖和比較表進(jìn)行編輯。輕點(diǎn)一下鼠標(biāo)，就能生成word格式的樣品分析報(bào)告，該文件包括樣品制備，粒徑和粒形結(jié)果，還帶有圖形和視頻信息。
3.1 用顆粒的形狀信息補(bǔ)充尺寸信息
形狀信息是對(duì)粒徑分布的二維的補(bǔ)充，比如大小相識(shí)的顆?？赡茉谛螤钌洗笙鄰酵ァ?duì)非球形顆粒準(zhǔn)確的定性，兩維的形狀信息是必需的。形狀的差異可從粒形分布反映出來(lái)。動(dòng)態(tài)圖像分析使用數(shù)碼攝像機(jī)抓取的顆粒圖像進(jìn)行處理。得到的圖像可經(jīng)過復(fù)雜的圖像分析程序分析，得到圖像信息；亦可存儲(chǔ)起來(lái)，以后分析。
3.2 了解顆粒系統(tǒng)
通過動(dòng)態(tài)圖像分析得到的形狀和尺寸相關(guān)數(shù)據(jù)提供了每個(gè)顆粒的豐富信息，這些信息可以展示在散點(diǎn)圖以觀察樣品的顆粒尺寸—形狀趨勢(shì)。
形狀過濾器具有與光學(xué)過濾器相同的功能，用戶可以根據(jù)尺寸或形狀特性在樣品中放大觀察樣品的特定部分。
3.3 檢測(cè)微小部分
激光通道使用的激光光阻法在特殊的應(yīng)用中有著明顯的優(yōu)勢(shì)，例如檢測(cè)只占樣品體積1％或更少的微小部分，或者以更高分辨率來(lái)分析樣品中的非常大的顆粒部分。
4 應(yīng)用案例
4.1 AZ-S0300土壤粒徑粒形測(cè)量系統(tǒng)在屋面徑流顆粒分布研究中的應(yīng)用
同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員應(yīng)用AZ-S0300土壤粒徑粒形觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)上海市交通干道旁一處混凝土屋面的6次降雨徑流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析了屋面徑流中顆粒粒徑的分布，結(jié)果表明：顆粒物粒徑分布變化過程與流量過程密切相關(guān)，徑流初期小顆粒數(shù)目比例逐步上升，而當(dāng)再次遇到較大降雨強(qiáng)度時(shí)，屋面在較強(qiáng)沖刷作用下產(chǎn)生較多大顆粒，使大顆粒所占比例上升，然后隨著徑流的繼續(xù)進(jìn)行，小顆粒數(shù)目比例迅速上升。
4.2 AZ-S0300土壤粒徑粒形測(cè)量系統(tǒng)在垃圾焚燒飛灰物理化學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用
北京科技大學(xué)的科研人員應(yīng)用AZ-S0300土壤粒徑粒形觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)國(guó)內(nèi)2種垃圾焚燒飛灰的物理性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果表明：2種飛灰顆粒直徑的數(shù)量微分分布非常接近，它們的中間粒徑分別為0.84μm和0.85μm，平均粒徑分別為1.10μm和1.15μm，2種飛灰中基本沒有超過40μm的顆粒。
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