Tekst: Knut Erik Boland, Inline Prosess
Turbiditetsmåling er aktuelt i mange ulike applikasjoner i industrien. Typiske eksempler er kontroll på inn- og utløp på vannverk og renseanlegg, grunnvannsmålinger fra steinbrudd, tunellbygging og filterkontroll på produksjon av øl.
Turbiditet er ofte en kvalitetsparameter, hvor det ferdige produktet enten skal ha minimalt partikkel-innhold, eller et spesifikt innhold med partikler.
Partikkelstørrelse og form avgjør
Turbiditet er fenomenet som oppstår når en bestemt mengde lys passerer gjennom en væskebasert prøve og dette lyset blir reflektert i ulike retninger av de partiklene i væsken som ikke er oppløst.
Refleksjonsmønsteret er bestemt av både størrelse og form på partiklene i væsken, og man kan dele det opp i tre kategorier som går på størrelse. I dag benyttes ofte en lysdiode (LED) som lyskilde i et turbidimeter, noe som gir lang levetid (typisk ti år), har helt stabil lysenergi og krever liten effekt. Typisk bølgelengde på en LED/NIR-lampe (nær infrarød) er 0,7 til 5 micron (micron = en milliondel av en).
Får ulik lysspredning
Partikler som er mindre enn en tidel av bølgelengden på lyset som benyttes (under 0,5 micron), gir en symmetrisk spredning av lyset ut fra partikkelen. Det blir like mye lys reflektert som mengden som trenger gjennom væsken.
Partikler som er rundt en firedel av bølgelengden på lyset som benyttes (ca. 1 micron) gir en økning av lysmengden som slipper gjennom væsken. Det vil si at over halvparten av lyset når fram til mottakeren.
Partikler som er større enn bølgelengden på lyset som benyttes (over 1 micron), gir en ytterligere økning i lyset som slipper gjennom. I tillegg oppstår også uregelmessige økninger av lysrefleksjoner i alle retninger.
Partikkeldefinisjon
En partikkel kan være hva som helst som danner en heterogen overflate og som danner en brytningsindeks av lys som er ulik brytningsindeksen for mediet den befinner seg i. Eksempler kan være:
- Faste partikler i væske, som også kalles en suspensjon.
- Oljedråper i vann, eller vanndråper i olje, som kalles en emulsjon.
- Gassbobler i væske eller luft, for eksempel skum.
- Støvpartikler i luft, som oppfattes som røyk.
- Dråpepartikler i luft, som kan oppfattes som tåke.
Påvirker refleksjonen
Det er mer enn partikkelstørrelse og form som påvirker lysrefleksjonen. Her er noen forhold som kan påvirke refleksjonen:
- Hvilken type partikkel det gjelder (som nevnt ovenfor), og dens evne til å absorbere og reflektere lys.
- Konsentrasjonen av partikler, hvor mange, vil naturlig nok påvirke mengden reflektert lys.
- Bølgelengden på det utsendte lyset vil påvirke absorbans- og refleksjonsegenskapene til partiklene.
- Vinkelen, med plassering av detektoren eller fotocellen i forhold til lampekilden, som skal fange opp det reflekterte lyset.
Lysdifferanse
Når man måler på oppløste partikler i en væskeprøve, måler man konsentrasjonen av partiklene, eller suspendert stoff (tørrstoff). Måleenheten er vanligvis mg/l eller ppm (parts per million). Absorbans av utsendt lys er differansen mellom utsendt lys og det som blir absorbert i væskeprøven.
Turbiditetsmåling måler mengden av reflektert lys fra de partiklene som ikke er oppløst i prøven. Detektoren eller fotocellen som fanger opp det reflekterte lyset er ofte plassert 90, 120 eller 180 grader i forhold til lampekilden.
Det finnes sensorer som benytter tilbakereflektert lys (på engelsk kalt ”back scattering”), og sensorer som har mer enn én detektor for nettopp å fange opp både store og små partikler.
Turbiditeten øker i takt med mengden lys som væsken absorberer. En typisk måler består av en lyskilde, et målekammer og en mottaker som kalkulerer signalene og angir måleresultatet.
Hold optikken ren!
For å få til mest mulig korrekte måleresultater, er det essensielt å holde optikken, inkludert de glassene foran lampekilden og detektoren, rene til enhver tid. Dette gjelder naturligvis både laboratorium- og prosessinstrumentet.
Optiske glass med belegg vil gi ukorrekte eller falske målinger. Rengjør glassene jevnlig med egnet løsningsmiddel (likt løser likt i kjemien) og en myk børste, eller Q-tips.
Sjekk eller kalibrer (se over til høyre) jevnlig med en kjent formazinprøve og destillert vann for nullverdi. Dette er også viktig. Sørg for at de optiske glassene er grundig rengjort før kalibreringen starter.
