Для чего необходимо измерение мутности?
|
В современной аналитической практике величина мутности является достаточно 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:
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:
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 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).
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.
* 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. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
