浊度仪

浊度仪的工作原理：
• 浊度仪检测器检测到的是样品对光的散射强度。
光度计工作原理 浊度计工作原理
透射光
散射光
90o浊度仪
90o检测器 0.5 NTU
光源
透镜
样品池
为何采用90检测器原因之一：
• 影响光散射的因素有很多，包括：
–水中颗粒物的尺寸； –水中颗粒物的形状； –颗粒物的折射系数； –颗粒物及流体的颜色； –颗粒物浓度。
注意事项
操作技巧
浊度的测定：
• 浊度的理论更容易被理解； • 浊度的实际测定中，准确测量浊度值并非易事：
–公认的误差源； –缺乏减少误差的技术。 –只能轻轻地颠倒摇匀，不能摇晃。
误差产生的原因及解决方法：
– – – – – 样品池状况 样品池要匹配 去除水样中的气泡 测量应在数分钟内完成 标准和仪表校准
• 浊度标准物质的误差一般在0.23NTU：
–如此低的误差(0.23)在20NTU的标准物质的校正中不 会影响低量程浊度的测量； –同样的0.23NTU的误差用0.5NTU标准去测量低浊度的 样品时，对测量结果会产生很大的影响。 如果读数在已知的标准值的±10%之内，则仪器 校准是有效的。
25 20 15
误差产生的原因：
• 杂散光：高浊度测量来自于不时系统多余的光ht in the system (fromany source)
–样品池； –气泡；
40 30
• 不当的校正方法。
TRUE
20
10 10 20 30 40
APPARENT
样品池
• 样品池表面有污垢：
–无垢会产生光散射，使测量结果的值偏高。
浊度
浊度：基本概念
• 浊度与溶液中悬浮固体有关，但不是对其直 接测量。 • 浊度测量的是样品散射光的量。 • 对低浊度样品的测量需要一定的技术与清洁 要求。
Turbidity - Outline
• • • • What is Turbidity? Turbidity Instrumentation Turbidity Standards Turbidity Measurement
哈希公司浊度标准物质种类：
校正
检验
无StablCal
StablCal
Formazin Gelex StablCal StablCal
浊度标准物质：
• 一级标准：Formazin, StablCal
–由高纯度的物质配制而成，作为测量结果比对时的 标准；
• 二级标准：Gelex, ICE-PIC (process)
• 0.3, 0.5, 1.0 NTU StablCal
TRUE
40 30 20 10
10
20
APPARENT
30
40
二级标准物质：
• Gelex 二级标准
–用于实验室仪器的性能检验；
• ICE-PIC 校准模块：
–用于1720系列的在线浊度仪； –校准模块中的滤光片的透过率是特定浊度读数的模 拟量。
• 稀释后的标准溶液稳定性较差；
–USEPA认可的浊度标准物质。
一级标准物质：
• StablCal
–用户可以根据需要订购不同浊度值的标准物质：
• 标准物质的浓度在0.3－4000 NTU。
–标准物质无需稀释； –该标准物质的存放期为2年； –USEPA认可的标准物质。
一级标准物质：
• 应用：
–仪器校正； –浊度仪的检验；
浊度测量的意义：
浊度，指水中颗粒大小不等的不溶性物 质对光透过时所产生的阻碍程度，即通过水 样的部分光线被吸收或被散射，而非直接穿 透，浊度表示水样的光学性质。 浊度≠色度 色度，由水中的溶解性物质引起的颜色。
浊度测量的意义：
• 表征水的清澈度 • 表征水中的悬浮固体的浓度 • 水质的重要评价指标之一
生活饮用水
• 浊度要求很高：<0.1NTU • 饮用水中产生浊度的颗粒物对供水造成的负面影 响如下：
–降低消毒效果； –裹挟有害微生物； –感官较差。
浊度仪的使用方法
Measurement Strategies
• 浊度测量方法的演变过程：
–杰克逊烛光浊度计：目视法，杰克逊浊度单位； –光度计：光透射 –浊度计：90o光散射，NTU（Nephelometric Turbidity Unit）单位，
–保持样品池组件及光学系统的清洁。
样品池的校正：
• 不恰当的校正方法可能导致测量结果的不准确：
–浊度仪生产厂商应用一级标准进行特定值的校正； –哈希公司建议在进行仪器校正时，标准值不应超过 20 NTU，即使测量值低于<1.0 NTU。 –每三个月校准一次。
为何采用20NTU的标准对浊度仪进行校正?
为何采用90度检测器的原因之二：
• 为保证测量结果的准确性，浊度仪的设计可以最 大限度的减少颗粒物尺寸、形状、颜色对测量结 果的干扰。
–Example – particle size
颗粒尺寸对浊度测量的影响：
微小颗粒 （<0.1λ)
中度大小颗粒 （0.25λ)
大颗粒 （>0.25λ)
不同颗粒尺寸大小粒子，在90度的方向 上光散射强度是相同的(该方向上对光 散射对粒径大小不敏感），因此浊度仪 测量的是90度方向上的散射光强度。
TRUE
10
5
4 3 2 1
1
2
3
4
5
10
15
20
25
Sum of error = 0.2 NTU
APPARENT
0.7
0.6
0.5
TRUE
0.4
0.3
0.2
0.1
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Sum of error = 0.2 NTU
APPARENT
浊度仪校正时建议：
• 不建议采用低浊度的浊度标准对仪器进行校正； • 在低量程浊度测量时，建议采用20NTU浊度标准 对浊度计进行校验：
检 测 器
比浊计：
90o 检测器
0.5 NTU
透射光检 测器 光源
透镜
样品池
颗粒物浓度对浊度测量的影响（1）：
• 数量较少的大颗粒对光的散射能力与数量较多的 小颗粒颗粒相当。
–因此NTU值与mg/L之间的可比性较差。
=
=
10 NTU
颗粒物浓度对浊度测量的影响（2）：
• 当入射光强度相同时，颗粒物浓度越高，它所 引起的光散射与吸收将会成倍增加。
What is Turbidity?
• 悬浮固体wenku.baidu.com组成：
–泥沙 –粘土 –藻类及其它微生物 –不溶性的有机物质 –不溶性的无机物质
What is Turbidity?
• 引起浊度的悬浮性颗粒对水质造成的负面影响:
–为有害微生物提供栖息场所； –由于有害微生物被悬浮固体所裹挟，消毒剂无法接触有害微 生物，因此大大减弱了消毒效果； –浊度较高时，氯消毒剂的消耗量增加，增加了饮用水厂的运 行成本； –干扰水质的化学或者微生物的分析； –感官较差； –水质的浊度较高时，一般都无法应用于工业生产中。
二级标准物质：
• 应用：
–浊度仪的校正； –如果1720系列浊度计的测量结果无需向USEPA报 告， ICE-PIC校准模块可以用于该系列在线浊 度计的校正。
浊度的测量
浊度的测定：
• 浊度的测定不同于分光光度法：
–无需清零；(测零点的浊度是不可能的）； –非相对值； –需要对仪器进行校正。Requires calibration on a regular basis
90o
灯泡
透镜
样 品 池（剖 面 图）
Transmitted 透 射光 light
2100N NEPHELOMETER 哈 希 2100N 浊 度 计
表计
0.50
Forward scatter 前 向 散 射
后 向 scatter Back 散 射
90o
灯泡
透镜
样 品 池（剖 面 图）
Transmitted 透 射光 light
–当颗粒物浓度过高时，浊度测量的准确度较低。 –因此浊度仪测量浊度时，对颗粒物浓度有一定的要 求。
浊度计的稳定性与测量范围：
• 为提高浊度计的稳定性及测量范围，额外增设以 下两个检测器。
–前散射光检测器； –后散射光检测器。
表计
0.50
光电池
透镜
灯泡
样 品 池（剖 面 图）
90 o 散射光浊度计原理图
• 样品池表面有划痕：
–划痕会对产生光散射，使测量结果的值偏高。
如何降低因样品池产生的误差？
• 样品池表面有污垢：
–保持样品池的清洁：
• 用洗涤剂、酸等清洗样品池； • 超声波清洗； • 用高纯水冲洗样品池表面。
如何降低因样品池产生的误差？
• 保持样品池几乎呈透明； • 样品池出现划痕时：
–消除或降低划痕对测量结果的影响：
光散射比浊法－浊度仪
• 在光学系统中采用90°的设计
–检测器放在与光源成90o角的位置；
• 测量结果以NTU为单位显示(NTU). • 美国EPA认可的测试方法。
Nephelomters 悬 液 浊 度 计
• 光学系统设计为检测90°散射光的浊度计称为悬 液浊度计 • 测量结果称为：悬液法浊度单位（NTU）
–与一级标准的浊度值相等，在一级标准的基础上开 发而成。
一级标准物质：
• 将formazin 和StablCal作为一级标准的原因在 于：
–这两种物质中的颗粒物的尺寸、形状不规则； –颗粒物的性质更接近天然水体中颗粒物的状态。
一级标准物质：
• Formazin标准 –市场所售大部分为4000NTU高浓度试剂或者实验室 自制标准溶液； –标准溶液在使用时进行稀释：
散射光
蜡烛
杰克逊烛光浊度计
透射比浊法－光电比色计／分光光度计
• 当光度计开发出来之后，光的透射现象开始应用 于浊度的测量。
光度计在浊度测量中存在的问题：
• 低浊度水样的测量（饮用水）：
–透射光强变化值过小，光度计无法测量；
• 高浊水样的测定：
–由于产生高浊度的粒子多次散射，干扰了水样对光 的吸收。
• 用硅油擦拭样品池表面； • Index sample cells
如何消除气泡造成的干扰？
• 气泡的存在会对光产生散射，造成读数值偏高； • 样品脱除气泡：
–样品静置一段时间消除气泡； –超声波处理； –抽真空。
如何消除杂散光造成的干扰？
• 杂散光使得多余的散射光进入样品检测器= 造成 测量结果偏高：
What is Not Turbidity?
• 对浊度认识的一些误区：
–浊度是用来表征总固体悬浮物的水质分析指标； –浊度可用来区分悬浮颗粒的种类； –浊度分析的原理是分光光度法。
浊度测量的应用领域：
• 工业用水 • 生活饮用水
• 其他领域
工业用水对浊度的要求
• 冷却水— 对浊度的要求较宽，50-100度即可； • 高压锅炉—对浊度的要求非常严格；
测量实验: • 信号平均模式处于开或关的状态（开启）; • 手动或自动选择范围(自动范围）; • 转换模式开启或关闭的条件下进行。
一般情况下，测量过程可在自动范围选择、转换模式及信号平均模式处于 开启的状态下进行。当信号平均模式处于开启的状态时，仪器的微处理器将 对一系列读数取平均值而得到实验结果。仪器大约每隔一秒钟计算一次平均 值并进行显示。
–Certified 0.3, 0.5, and 1.0NTU StablCal standards
浊度测量
• • • • • 清洁样品池； 硅油擦试样品池表面； 样品脱气； 仪器的维护； 严格按照说明书中所描述的步骤对浊度仪进行校 正。
TURBIDITY
2100AN NEPHELOMETER 哈 希 2100AN 浊 度 计
USEPA对浊度计设计要求：
• • • • 碘钨灯工作时火焰颜色的温度为2200-3000K； 通过样品池的光程 10cm； 散射光在90 30o的范围内测量； 检测器以及滤光片系统的响应值在400-600nm。
浊度标准
前、后散射光检测器：
0.5 NTU 后散射光 检测器 透射光检 测器 光源 透镜 样品池
90o检测器
前散射光 检测器
表计
0.50
90o
灯泡
透镜
样 品 池（剖 面 图）
Transmitted 透 射光 light
2100P 希 2100P 浊 度 计 哈 NEPHELOMETER
表计
0.50
前 向 散 射 Forward scatter
样品颜色对浊度测量的影响：
• 有颜色的物质对入射光产生吸收； • 如果一部分散射光被吸收，则检测器检测到的散 射光将减少，测量的浊度值偏低。
如何消除样品颜色对浊度的影响？
• 采用比浊计加以修正； • 在检测系统中额外增加一个水平方向上的检测器 ，用以检测样品吸收的光强度，从而对测量结果 加以校正。