【摘要】：本文闡述了霧化器霧化液滴的測試原理及方法。激光粒度分析儀能夠快速、連續、準確的測試分析霧化液滴的粒徑分布。激光粒度測試技術(shù)為霧化器研究提供了重要的數據檢測支持。
【關(guān)健詞】：霧化器
激光粒度分析儀
氣霧劑
霧化吸入治療是呼吸系統疾病治療方法中一種十分有效的治療方法。霧化治療一般采用霧化器將藥液霧化成微小顆粒，使藥物通過(guò)呼吸吸入的方式進(jìn)入呼吸道和肺部，從而達到無(wú)痛和迅速有效治療的目的。霧化的藥物液滴的大小直接影響藥物的吸收效果。如果液滴大，霧化快，導致患者吸入過(guò)多的水蒸氣，使呼吸道濕化，呼吸道內原先部分堵塞支氣管的干稠分泌物吸收水分后膨脹，加大呼吸道阻力，可能會(huì )產(chǎn)生缺氧現象，且會(huì )使藥液結成水珠掛在內腔壁上，對藥物需求量大，造成浪費的現象，并且對于疾病霧化治療的效果不佳。所以，霧化出來(lái)的粒度決定了霧化器的治療效果和質(zhì)量[1-3]。
廈門(mén)易仕特儀器股份有限公司研究開(kāi)發(fā)的Winner311XP激光粒度分析儀能夠對霧化液滴的粒度分布進(jìn)行快速準確的測試分析并給出測試報告。
Win311XP激光粒度分析儀是以Mie散射為原理，針對國家藥典中對吸入型氣霧劑、噴霧劑、粉霧劑等粒度要求而研發(fā)的臺式噴霧激光粒度儀，可以對各種小型噴霧裝置進(jìn)行測試，融和了易仕特公司多種技術(shù)，外觀(guān)小巧，能很好地對小型噴霧粒度進(jìn)行測試，并實(shí)現數據的快速采集，能夠可靠地在噴霧過(guò)程中實(shí)時(shí)連續測量霧化液滴的粒度分布[4-6]， 1分鐘內即可完成測量，并提供詳細的數據報告。能夠有效指導生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行成品檢驗和科技研發(fā)，為企業(yè)帶去利潤和效益。
1、測試原理：
Winner311XP采用Mie散射原理[7-8]。Mie散射原理假定顆粒是均勻的、各向同性的圓球，則可根據Maxwell電磁波方程嚴格地推導出散射光場(chǎng)強度分布：
其中和分別表示垂直方向和水平方向的散射光強：
式中，表示散射角，和為Mie散射系數，表達式為：其中，
式中，為介質(zhì)的介電常數，為散射粒子的介電常數，為電導率，和分別為真空和介質(zhì)中的光波長(cháng)，為粒子半徑，而


其中為一階締合勒讓德多項式。
Mie理論是描述散射光場(chǎng)的嚴格理論，適用于經(jīng)典意義上任意大小的顆粒。
Mie散射計算的中心問(wèn)題是Mie散射系數和的計算，廈門(mén)易仕特公司自主研究的Mie散射改進(jìn)算法在很好地計算散射系數同時(shí)，又避免了計算機在計算過(guò)程中出現數據溢出現象，保證了易仕特公司儀器測量數據過(guò)硬的準確性和穩定性[7-8]。
如圖1，Winner311XP采用了單光束平行光路和雙鏡頭雙陣列探測器技術(shù)，保證了不同角度散射光的采集。激光器發(fā)出的細窄光束，通過(guò)擴束鏡進(jìn)行會(huì )聚后發(fā)散，然后再通過(guò)一個(gè)準直透鏡將出射光變成平行光，當平行光束通過(guò)測試區域時(shí)，由于霧滴的遮擋，光束向四周散射，由于不同粒度的顆粒的散射角度不同，我們在光路的前方以及上方設計了多個(gè)探測器來(lái)收集不同角度的散射光，之后探測器將接收到的光信號傳輸轉換為電信號并通過(guò)計算機進(jìn)行計算，得出顆粒的粒度分布。Winner311XP使用平行平晶來(lái)對平行光進(jìn)行校準，并使用國家標樣來(lái)對測試數據進(jìn)行標定，能夠很好地保證測試數據的準確性和重復性。
圖1
Winner311XP儀器原理圖2、測試步驟：
2.1 開(kāi)啟Winner311XP,預熱5分鐘，使用時(shí)需要驗證光路是否為平行光，在測試區域放置一塊平晶，觀(guān)察通過(guò)平晶前后面反射后的兩個(gè)光斑重疊區域是否存在明暗相間條紋，如果是，就證明是光束平行性較好，滿(mǎn)足測試要求，否則就需調節光路。
2.2
聯(lián)機測試，觀(guān)察背景是否為穩定、均勻的能譜圖，否則需要調節探測器，使其中心小孔位于主光匯聚位置，并保證透過(guò)小孔的出射光斑為圓形光斑。光路正常后測試背景，背景測試完畢后進(jìn)入能譜測試界面。
2.3
組裝某醫療器械公司生產(chǎn)的霧化器，霧化杯里加入藥液至刻度線(xiàn)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，預先霧化1-2分鐘，使霧化氣流穩定。
2.4
然后將霧化杯口對準winner311XP的測試區域，握住霧化杯，保持平穩，且保持每次測量時(shí)位置不變。當霧滴通過(guò)主光束時(shí)即開(kāi)始數據采集，電腦開(kāi)始顯示采集到的能譜圖，如圖4，在能譜圖穩定后保存數據。
圖2
樣品測試頻譜分析3、 測試結果分析
表1
兩款霧化器測試對比由表1可看到，Winner311XP測試重復性都小于1%，重現性好。小于5um的霧滴累積百分比進(jìn)口霧化器（藍色）是 85.5% ，國產(chǎn)霧化器（黃色）是 84.4% 。
圖3
兩款霧化器粒度分布對比4、結論：
霧化液滴的粒度直接關(guān)系到霧化治療的效果好壞，激光粒度測試技術(shù)是一種霧化器液滴的粒度有效的測試手段。Winner311XP激光粒度分析儀能夠快速準確測試分析霧滴粒徑分布，重現性<1%，并詳細給出特殊尺寸的霧滴的累積百分數，是測試霧化器霧滴粒徑分布的一項新技術(shù)，能夠為霧化器廠(chǎng)商提供準確的數據來(lái)檢驗霧化器的性能。參考文獻【1】楊冠玲， 何振江等，霧粒粒度測試研究粉體技術(shù)，1996,2（1）28-34
【2】張以默，毛義等，粒子尺寸分布的激光衍射測量研究，光電工程，1990 17 （1）:1-8
【3】[英]T.艾倫 顆粒大小測定
中國建筑出版社 1984 62-664
【4】Gokturk Halit S..Effects of particle shape and size distributions on the electrical and magnetic properties of nickel/polyethylene composites .Journal of Applied Polymer Science,Dec15 1993, 50 (11):1891-1901.
【5】任俊，沈健，盧壽慈，顆粒分散科學(xué)與技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 20-23
【6】winner311XP激光粒度分析儀說(shuō)明書(shū) 2015 （1） 4-10
【7】汲云濤，任中京. Mie理論在靜態(tài)光散射粒度測量的應用下限研究[J]. 中國粉體技術(shù) 2005 （6） 14-16
【8】王少清，任中京，張希明等. Mie散射系數的新算法[J]. 激光雜志 1997 18（3）： 9-12