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如何获得一勺粉末的颗粒大小分布？这个看似简单的问题实际上是工业生产中一个长期而深刻的需求，其中一个典型的案例就是化工制药。在药粉被封装成药片或胶囊之前，需要经历干燥、混合和搅拌等过程。在这些流程中，药粉可能会面临结块或破裂等问题，影响其颗粒大小。较大的粉末颗粒会影响药品中有效成分的均匀性，反之，如果粉末颗粒过小，会影响药物在体内代谢的动力学过程，二者皆会严重损害用药安全，因此药粉颗粒度分布是评估生产环节质量的重要指标。
图1：不同颗粒度大小的粉末
最直白的颗粒度测量方式是将一勺粉末吹散，拿放大镜一粒一粒去数它们的尺寸大小。这就是目前主流的侵入式粒度仪的测量原理，将粉末放入测量腔体内，采用泵吸的方式使其分散并依次通过视窗，测量每个颗粒的尺寸并画出统计柱状图。这种方式的优点是测量原理简单易懂、精确度高，而其缺点是需要将粉末放入测量仪器，无法实现原位测量，且测量后的粉末易被污染，难以循环利用。在实际生产过程中，药粉被密封在真空腔体内部，取出粉末需要经过复杂的步骤，耗时极长。因此在一次干燥工艺中，操作员只会进行最多5-6次的颗粒度分布测量。
该工作从激光散斑中定量测量散射介质的统计性质，通过机器学习算法，首次实现了单帧、高速、高精度的无损颗粒度检测。其便携式的仪器结构与高兼容性的使用方法在多种工业生产场景中都具有广泛的实用价值。
论文信息
https://doi.org/10.1038/s41377-024-01563-6
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