更准确灵活的浊度检测

更快捷、简单的浊度检测方法

作者:Kathriana Fejfar 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:12 发布时间:2018-09-13
浊度是衡量液体中悬浮颗粒的光学参数,摄入光通过浑浊的液体会被散射或者吸收。在实践中,准确测定浊度是一件非常重要的事情,因为它是流程工艺及水处理过程中的基本参数及重要指标。
更准确灵活的浊度检测

当光线射入到有一定浊度的样本中时,既可以不受阻碍地通过这一样本(参见图1,示例1)也可以被样本中的悬浮颗粒所吸收(示例2)、完全反射回来(示例3)或者被分散(示例4)。根据示例1、3和4可以得到利用光感测器直接检测液体浊度的3种可能性。现有的检测方法被称之为透射光检测法和散射光检测法。除了特殊应用的散射光度计外,散射光检测仪使用的光束入射角都与光电探测器呈90°角。散射强度和散射图案与许多变量有关,例如入射光的波长、悬浮颗粒的尺寸与形状、折射率以及被测样本的颜色。在透光检测中,探测器则要布置在光源的对面(呈180°布置)。

图1 检测样本中的光线状态
图1 检测样本中的光线状态

图2 ISO 7027标准的浊度检测方法
图2 ISO 7027标准的浊度检测方法

图3 EPA 180.1美国标准的浊度检测
图3 EPA 180.1美国标准的浊度检测

浊度检测的方法

在实际应用中已经建立了两种标准且各有优缺点的浊度检测方法。例如ISO 7027标准中规定的“水质-浊度的测定法”也可以用于有色溶液的浊度检测(图2)。ISO 7027标准中规定的照射光波长应是超出红外线范围内可见光谱的波长,通常为红外LED产生的照射光。浊度检测的准确性要求取决于所需的测量范围:

扩散散射的测量主要针对低范围浊度中的典型浊度测量,例如:饮用水。

测量浊度严重的样品,例如污染的水,则需要在透射中进行光衰减测量(衰减测量)。

为了覆盖整个测量范围的要求,浊度检测仪至少要匹配两个探测器。

同样在国际上通用的美国浊度检测方法EPA 180.1和标准浊度检测法2130 B对光源的规定是要使用卤钨灯的白光。由于这种方法仅规定了用于散射光的检测,因此只需一个90°布置的探测器。而检测仪生产企业Hanna公司则更进一步,在其产品系列中补充了可以使用第二个180°配置的探测器,这样一来用户就可以在透射光检测中使用这种浊度检测仪(图3)。由于光谱的原因,按照EPA标准规定的方法在浊度非常低的范围内有着更好的灵敏度。

有待改进的浊度测量

浊度检测结果的可比性是一个大问题。由于浊度检测时使用的检测方法不同(例如红外线或者光学检测法)使得浊度检测的结果因检测单位的不同而没有可比性(参见方框中的说明)。另外,浊度计属于高灵敏性的检测仪器。为了获得可靠且准确的检测结果就必须注意3个重要的影响因素:正确的浊度仪校正、测量用比色器的性质和样本本身的性质。

这里的校准包括两个方面,首先是利用认证审核过的方法校正测量值与标准值之间的偏差,然后利用数学方法修正偏差值。原则上,只有采用相同标准(ISO或者EPA)检测,并使用相同类型校准设备的浊度结果才具有可比性,因此用户可以根据实际使用情况自行确定校准周期。浊度仪受到强烈的热波动影响时就要及时地进行校准,这一点非常重要。

此外,所有被测样本始终都在浊度计光束照射着的比色皿中。一般情况下比色皿都是用特殊的光学玻璃制成,对检测结果产生的影响很小。但光线是穿透比色皿而照射到被测样本上的,因此对于准确的浊度检测结果以及其可比性来讲,尤其是在低浊度范围内的浊度检测时,用户必须非常小心地维护所用的比色皿,特别是在进行多次检测时。在用自来水清洗后,应用软化水或者蒸馏水彻底冲洗比色皿数次。应在空气中干燥比色皿,防止出现干扰浊度检测的结钙。建议不时用稀盐酸清洗比色皿并单独存放,盖好保存容器的盖子,避免相互间的污染或者刮擦。

样本特性及对测量结果的影响

在测量环境和检测器具都准备好后,样本本身还有许多影响浊度检测需要注意的影响因素。在不涉及所有标准的情况下,可以假设样本的浊度不能保持稳定不变。随着时间的推移,较大和较重的悬浮颗粒会沉降下来,导致清浊分离。因此,应在取得样本和样本均匀化(例如摇匀)之后尽快地检测其浊度。

如果采用ISO标准的浊度计,样本本身的颜色通常不是问题。由于这些装置是在红外光谱范围内进行检测,因此对可见光谱范围内的光吸收不明显。而与EPA标准兼容的检测仪则不同,当这些检测仪在可见光谱范围内进行测量时,有色样本会使检测值失真。被测样本中的气泡也在可见光谱和红外光谱范围内产生散射,因此必须避免样本中有气泡。如果被测样本中已经有气泡,可以通过下列4种方法去除气泡:

利用前级真空技术去除被测样本表面的气泡。如果被测样本比较粘稠且含有挥发性物质,则这一过程可能会增加样本中的气泡;
添加表面活性剂(例如Triton X-100)降低表面张力,从而使气泡逸出。但是加入表面活性剂之后要立即检测样本,因为引起浑浊的颗粒会加速沉降;使用超声波脱气装置时要特别小心,因为悬浮颗粒的尺寸和形状会因超声波的机械作用而有所改变。例如较大的气泡会分裂成许多个小气泡,这就使得浊度检测过程更加复杂。因此建议首先在较低水平的样本测量中使用超声波脱气,并逐渐地增加功率;最有效的除气方法是加热样本。此时要注意温度的升高会导致溶液中悬浮颗粒的状态改变,或者导致发挥发性物质逸出。因此,在测量前应将其冷却至室温。

与其他的仪器分析方法相比较,实验室水质样本的浊度实际测量是以仔细的准备和清洁工作为前提的。根据被测样本的组成成分、颗粒物的颗粒大小、粒度分布、形式和表面张力都需要用户事先在现场验证。只有这样才能得到准确且可重复再现的浊度检测结果。

Hanna公司的任务就是为用户提供更直观和灵活的浊度检测解决方案,并通过广泛的应用咨询帮助他们实现专业化的应用。