Официальный дистрибьютор аналитического оборудования для лабораторий и промышленных производств телефон
RU
EN
+7 (495) 745-22-90, +7 (495) 745-22-91
leitest
   
 
Каталог продукции
Спецпредложения

Единицы измерения мутности

Для чего необходимо измерение мутности?

В современной аналитической практике величина мутности является достаточного важным интегральным показателем и наиболее широкое применение находит в водоподготовке, водоочистке, в пищевом и химическом производстве. Развитие этого метода анализа происходило параллельно во многих направлениях, что объясняется как разносторонней природой самого явления, так и большим разнообразием национальных и отраслевых стандартов, которые, зачастую, являются узкоспециализированными и ориентированными на конкретную технологию. Это привело к появлению очень большого количество различных единиц измерения мутности и сейчас основная проблема при выборе необходимого анализатора мутности заключается в понимании того, отвечает ли его конструкция и используемая шкала измерения поставленной аналитической задаче.

Типы мутномеров

Для начала необходимо определиться с терминологией. В зарубежной, да и в отечественной литературе наиболее часто встречается понятие "турбидиметр" (turbidimeter, от англ. turbidity - мутность) и соответствующее название метода анализа "турбидиметрия". В русскоязычной литературе можно встретить названия "мутномер" и "нефелометр" и даже "анализатор взвешенных частиц". С формальной точки зрения принято считать, что турбидиметр, это анализатор мутности, использующий фотометрический принцип и определяющий поглощение в слое анализируемого вещества при условии, что источник излучения и детектор расположены на одной оси. В нефелометрах для определения мутности используется принцип светорассеяния, определяемого под углом 90° к источнику. Поскольку в конструкции большинства современных анализаторов мутности применяются детекторы как на проходящее, так и на рассеянное под различными углами к источнику излучение, а сами производители довольно свободно оперируют всеми тремя терминами, мы договоримся для наименования анализаторов мутности использовать наиболее общий термин

"мутномер".

Основы классификации единиц мутности

Теория измерения мутности имеет строгое физическое обоснование и подробно рассмотрена в отдельной статье. В конечном счете, нам интересно получить информацию не о мутности как таковой, а о содержании взвешенных веществ, которые эту мутность обеспечивают. Природа анализируемых взвешенных частиц, их размер и концентрации являются определяющими в выборе соответствующих условий, а значит и единиц измерения. Из теории следует, что результаты измерений зависят от условий их проведения, природы образца и конструкции прибора. Требования к условиям и конструкции пробора могут настолько существенно различаться, что даже о приблизительной корреляции показаний, полученных в различных единицах, говорить не приходится. Если попытаться выделить основные признаки, по которым можно было бы классифицировать различные единицы измерения мутности, то это окажутся:

  • стандарты, используемые для калибровки прибора
  • источник излучения
  • схема расположения и количество детекторов Полученная в соответствии с этой классификацией диаграмма показана на рис. 1.

    Рис. 1 Классификация единиц мутности

  • Стандарты мутности, формазин

    Из диаграммы на рис.1 видно, что наиболее широкое распространение получили шкалы на основе формазиновых стандартов. Уникальные свойства формазиновой суспензии, в первую очередь воспроизводимость и возможность длительного хранения, обеспечили ее широкое использование в качестве первичного стандарта для калибровки мутномеров. Обобщенное название единиц мутности на основе формазина - FTU (или ЕМФ - единицы мутности по формазину), которая фактически соответствует концентрации формазиновой суспензии, выраженной в мг/л. Вторая группа единиц мутности - это единицы, выражающие концентрацию конкретных веществ (каолина, кремнезема или любого другого стандарта, характерного для данного типа производства или обеспечивающего наилучшую корреляцию, например, с гравиметрическим методом анализа). Для данных единиц кроме используемых стандартов не регламентируется ни тип источника, ни способ детектирования. В этой связи, практически невозможно обеспечить сравнимость результатов, полученных в одних единицах, но на приборах различных конструкций, за исключением точек калибровки.

    Источники излучения в нефелометрии

    Для группы формазиновых единиц мутности можно провести более детальную классификацию по типу используемого источника излучения и способу детектирования. Из источников излучения наиболее широкое распространение получили вольфрамовая лампа (или лампа белого света) и источник монохроматического излученияе в ближней ИК-области с длиной волны 860-890 нм (чаще всего ИК-светодиод). Для источника белого света находят применения различные светофильтры, позволяющие компенсировать влияние окраски анализируемого компонента. В этом случае для обозначения результатов допускается использование единиц в соответствии с используемой схемой расположения детекторов, но с обязательным указанием длины волны максимума излучения. Для источника белого света не существует турбидиметрической единицы мутности, поскольку любая окраска раствора будет вносить погрешность в результаты измерений. Для приборов с ИК-источником окраска растворов не оказывает мешающего влияния, что позволяет использовать для измерения мутности турбидиметрическую единицу FAU.

    Детекторы для мутномеров

    Способы детектирования удобно обозначать углом расположения детекторов:

  • 180° - детектор расположен на одной оси с источником излучения, анализируется проходящий свет (турбидиметрия). Детектор применим для анализа неокрашенных растворов (или окрашенных при использовании ИК-источника) в диапазоне примерно от 5 до 1000 FTU;
  • 90° - детектор расположен под углом 90° к источнику излучения, анализируется свет, рассеянный под прямым углом (нефелометрия). Детектор обеспечивает наилучший отклик при анализе низких и сверхнизких значений мутности;
  • 90°+ХХ° - помимо нефелометрического детектора, расположенного под углом 90° используются один или несколько детекторов, расположенных под другими углами (обычно 180°, 45°, 135°), что обеспечивает больший измерительный диапазон и частично компенсирует влиянием цветности. Сигналы детекторов обрабатываются по специальному алгоритму (у каждого производителя он свой) и итоговый результат выдается в нефелометрических единицах с пометкой R или ratio;
  • детекторы, расположенные под другими углами к источнику излучения для обеспечения максимальной точности в требуемом диапазоне измерения. Наиболее известен детектор 260-285°, т.н. детектор обратного рассеяния (back scattering), для обозначения которого к единице измерения добавляется суффикс BS; Примерная зависимость отклика различных детекторов от величины мутности приведена на рис. 2. В качестве примера был взят анализатор HACH 2100 AN. В зависимости от размеров кюветы и интенсивности источника абсолютные значения мутности могут изменяться. Из данного рисунка видно, что нефелометрический детектор имеет ограниченный диапазон применения и (в сочетании с турбидиметрическим детектором) обеспечивает диапазон измерения до 1000 - 1100 FTU. В тоже время применение дополнительных детекторов прямого и обратного рассеяния позволяет увеличить диапазон измерения на порядок. Важно заметить, что на приборе может быть установлено несколько детекторов, но в зависимости от режима и диапазона измерения может использоваться только один или несколько, что позволяет получать результаты в различных единицах.

    Рис. 2 Отклик детекторов

  • Практика применения различных единиц мутности

    Очень часто индексы в обозначениях единиц опускаются, и потому указанная единица в большинстве случаев может служить лишь ориентиром. Как правило, реальную информацию о методе измерения можно получить только изучив технические характеристики прибора. К сожалению, практика достаточно произвольного манипулирования используемыми обозначениями характерна не только для многих аналитиков, но и для авторитетных производителей. Так, например, в моделях мутномеров HI93701 (HANNA Instruments) и Turb355IR (WTW) вместо единиц FNU указываются единицы NTU (см. табл. 2). С формальной точки зрения, полученные значения FNU нельзя приравнивать к NTU, поскольку характеристики рассеяния белого света существенно отличаются от рассеяния монохроматического излучения в ближней ИК-области. Да и помимо различий в источниках стандарты USEPA и ISO имеют место еще целый ряд отличий в методике проведения измерений (см. табл. 1).

      USEPA 180.1 ISO 7027
    Спектральный диапазон Вольфрамовая лампа с температурой цвета 2200 - 3000°К 860 нм
    Ширина спектральной линии не определена 60 нм с конусом расхождения не более 1.5 градуса
    Угол измерения
    90° ± 30° 90° ± 2.5°
    Апертурный угол не определен от 20° до 30°
    Расстояние, пройденное испускаемым и рассеянным в образце излучением 10 см не определено
    Калибровочные стандарты Формазин или AEPA-1 Формазин

    Таблица 1

    К преимуществам стандарта ISO можно отнести то, что он дополнительно включает нормативы измерения мутности с использованием нескольких детекторов (в первую очередь детектор проходящего света), в то время как USEPA предполагает использование только "чистой" нефелометрии, что фактически ограничивает его область применения диапазоном 0-40 NTU.

    HANNA
    FTU/NTU* (реально FNU), 0.00 - 1000 FTU (реально от 0.5 FTU)
    WTW
    NTU* (реально FNU), 0.01 - 1000 NTU (реально от 0.05 FTU)
    NTU, 0.01 - 1000 NTU
    NTU*, FNU, 0.01 - 1000 NTU
    NTU, EBC, Nephelo, 0.0001 - 10000 NTU
    NTU*,EBC*,FNU,FAU, 0.0001 - 10000 NTU
    HACH
    NTU, 0.01-1100 NTU
    FNU, 0.01-1000 NTU
    NTU, EBC, Nephelo, 0.001 - 4000 NTU
    NTU*,EBC*,FNU,FAU, 0.001 - 4000 NTU
    NTU, EBC, Nephelo, 0.001 - 10000 NTU
    NTU*,EBC*,FNU,FAU, 0.001 - 10000 NTU

    * отображаемые единицы не соответствуют общепринятым стандартам

    Таблица 2

    Единицы мутности

    Разнообразие единиц мутности позволяет расширить область применения данного метода анализа, но вносит определенную путаницу в интерпретацию результатов. Данный обзор не претендует на полноту и охватывает лишь наиболее распространенные единицы измерения мутности. С изменением технологий одни стандарты уходят в прошлое (например, JTU) и их место занимают новые, более полно отвечающие современных требованиям. В практической работе аналитику приходится сталкиваться с различными единицами мутности, и при их сопоставлении важно помнить следующее:

    1. Знак равенства между различными формазиновыми единицами мутности (FTU) можно ставить только в точках калибровки и только для формазиновой суспензии. Как поведет себя конкретная модель прибора на конкретном образце предсказать практически невозможно.
    2. Нельзя сравнивать результаты, полученные на приборах различной конструкции, даже если они были откалиброваны по одним стандартам.
    3. При выборе мутномера в первую очередь необходимо ориентироваться на действующий государственный, отраслевой или корпоративный стандарт. Если такового не имеется, выбор прибора следует производить, основываясь на возможностях адаптации мутномера для конкретной задачи (наличие нескольких детекторов, компенсация цветности, большое количество точек калибровки, возможность использования пользовательских стандартов и пользовательских шкал).

    Свежие новости
     
     
    (с) 2012 Экоинструмент 119049, Москва, Крымский вал, д 3 стр.2 оф. 512
    тел./факс +7 (495) 745-2290 (многоканальный)
    О компании Контакты Проекты Сервис-центр Дилерам