Анализ методов измерения и средств, история измерения мутности

Мутность - это результат взаимодействия между светом и взвешенными в воде частицами. Луч света проходящий через абсолютно чистую жидкость остается практически неизменным, хотя, даже в абсолютно чистой воде, молекулы вызывают рассеяние света на некоторый, хоть и очень малый, угол. Когда в образце присутствуют взвешенные твердые частицы, тогда результат взаимодействия образца с проходящим светом зависит от размера, формы и состава частиц, а также от длины волны (цвета) падающего света. Когда мельчайшие частицы взаимодействуют с падающим светом происходит следующее: частица поглощает энергию света и затем, сама становясь точечным источником, излучает свет во все стороны. Распределение рассеянного света определяется отношением размера частицы к длине волны. Мелкие частицы размером много меньше, чем длина волны падающего света дают почти симметричное рассеяние, количество света, излучаемого вперед и назад, почти одинаково. Свет, излучаемый из разных мест частицы, создает интерференционные картины, которые складываются в направлении прохождения падающего света. Поэтому интенсивность света, рассеиваемого "вперед" больше, чем интенсивность света, рассеиваемого "назад" и по другим направлениям. Помимо того, мелкие частицы хорошо рассеивают коротковолновый свет (синий), при этом не оказывая воздействия на длинноволновый (красный). А так же наоборот: крупные частицы рассеивают красный свет лучше, чем синий [4].

На распределение и интенсивность рассеяния также влияют форма частиц и коэффициент преломления. Частицы сферической формы рассеивают "вперед" больше света, нежели частицы в форме колец или игл. Угол характеризует коэффициент преломления частиц, на который отклоняется луч света, проходящего через границу с другой средой, например, жидкостью. Для того чтобы рассеяние было возможно, коэффициент преломления частиц должен отличаться от коэффициента преломления жидкости. Выходит, что, чем сильнее различаются коэффициенты преломления жидкости и взвешенных частиц - тем сильнее рассеяние.

Так же имеет значение при детектировании рассеянного света цвет взвешенных твердых частиц и жидкости. Окрашенное вещество поглощает свет в определенных диапазонах видимой области спектра, изменяя тем самым свойства как проходящего, так и отраженного света, поэтому часть рассеянного света не попадает на детектор.

При росте концентрации частиц растет и интенсивность рассеяния света. Рассеянный свет попадает на большее количество частиц, из-за чего будет происходить множественное рассеяние и поглощение света. Если концентрация частиц превосходит определенное значение, определяемый уровень проходящего и рассеянного света резко падает. Полученное значение является верхней границей измерения мутности. Уменьшение оптического пути уменьшает количество частиц между источником света и детектором, и позволяет расширить диапазон измерений.

История измерения мутности относятся к 1900 году, когда Уиппл и Джексон разработали стандарт суспензии, содержащей 1000 миллионных долей (ppm) кизельгура (диатомитовой земли) в дистиллированной воде. Разбавление этой суспензии позволило создать так называемую "кремнеземную" шкалу мутности на основе ряда стандартных суспензий для калибровки турбидиметров того времени [5]. Джексон воспользовался этой шкалой для работы с существовавшим тогда прибором диафанометром и создал то, что известно под названием "свечной турбидиметр Джексона". Он состоял из специальной свечи и плоскодонной колбы. Джексон откалибровал его в единицах ppm по мутности взешенного кремнезема. Для определения мутности образец медленно наливали в колбу до тех пор, пока изображение пламени, наблюдаемое сверху не превращалось в бесформенное свечение. Погасание образа происходило, когда сравнивались интенсивность рассеянного света с интенсивностью света проходящего. Высота жидкости в колбе затем переводилась в единицы кремнеземной шкалы, а мутность определялась в джексоновских единицах мутности (JTU). Тем не менее, устойчивого состава стандартов достичь было трудно, поскольку их готовили из различных природных материалов - сукновальной глины, каолина, донных отложений.

О стандартах мутности. В 1926 году Кингсбери и Кларк создали формазин, который является почти идеальным веществом для приготовления стандартных суспензий. Для приготовления формазина требуется растворить точную навеску 5,00 г сульфата гидразина и 50,00 г гексаметилентетрамина в одном литре дистиллированной воды. Раствор становится мутным после выстаивания в течение 48 часов при 25°С. При идеальных температурных условиях и освещении эта смесь может быть приготовлена многократно с точностью ± 1%. Формазин - единственный стандарт, который можно приготовить из контролируемых исходных веществ. Все прочие стандарты, альтернативные или вторичные следует контролировать по формазину. Первичные стандарты мутности, получаемые прямым синтезом суспензии формазина в приняты водном хозяйстве и других связанных отраслях промышленности .

Статья в тему

Широкополосный усилитель переменных сигналов
нелинейный   Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. На сегодняшний день невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики, а ...