Lovibond®德國(guó)羅威邦®水質(zhì)分析

 激光在線濁度儀 PTV6000 為何能突破濁度檢測(cè)極限

德國(guó)羅威邦^® Lovibond^® PTV6000 激光在線濁度儀，具有先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)，在水質(zhì)濁度監(jiān)測(cè)過(guò)程中展現(xiàn)出高度穩(wěn)定性。本文從激光光源角度解析為何激光在線濁度檢測(cè)能夠進(jìn)一步突破極限，成為水處理過(guò)濾系統(tǒng)監(jiān)測(cè)一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

本文要點(diǎn)

o    激光濁度儀工作與粒子計(jì)數(shù)器類似，但校準(zhǔn)維護(hù)容易。

o      激光濁度儀測(cè)試曲線波動(dòng)大，標(biāo)準(zhǔn)差（RSD）是分析參數(shù)之一。

o      RSD 分析可檢測(cè)到單個(gè)透過(guò)顆粒，是過(guò)濾系統(tǒng)失效的前兆。

o      激光濁度儀適用于極低濁度水質(zhì)，細(xì)微濁度變化和過(guò)濾優(yōu)化。

PTV6000 激光在線濁度儀光學(xué)系統(tǒng)采用 660 nm 激光二極管作為入射光源。激光輸出高度準(zhǔn)直和集中的能量束，與濁度測(cè)量的普通光源相比，能量密度要高得多。傳統(tǒng)濁度儀使用普通光束，能夠檢測(cè)水樣中約 1.0 μm 以上的顆粒。激光濁度儀能夠檢測(cè) 0.01 μm 大小的顆粒，因此得以檢測(cè)出過(guò)濾系統(tǒng)中的微小裂縫。

PTV6000 激光，PTV2000 紅光，PTV1000 紅外光*，PTV1000 白光， *紅外光肉眼不可見

濁度是在一定分析體積內(nèi)檢測(cè)到的所有不溶性物質(zhì)（主要是顆粒）的總值。該分析體積即散射光檢測(cè)器視場(chǎng)與入射光柱形成的體積。分析體積內(nèi)充滿水樣，其組成粒子共同散射入射光。當(dāng)水樣穩(wěn)定時(shí)，散射光也穩(wěn)定，濁度讀數(shù)穩(wěn)定。當(dāng)水樣組成發(fā)生變化時(shí)，濁度讀數(shù)也隨之發(fā)生變化。

如果流入分析體積的水樣顆粒物增加量大于流出水樣，濁度升高。除了檢測(cè)濁度數(shù)值本身，由于濁度數(shù)值的波動(dòng)會(huì)因濁度條件變化而增加，濁度波動(dòng)也是濁度檢測(cè)的一個(gè)重要參考值。這種波動(dòng)通常用標(biāo)準(zhǔn)差或相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (RSD) 來(lái)衡量。實(shí)踐證明 RSD 可提高不同過(guò)濾系統(tǒng)中細(xì)微裂縫監(jiān)測(cè)的靈敏度。^[1] 濁度 RSD 的應(yīng)用應(yīng)基于每個(gè)水處理廠的設(shè)計(jì)和操作參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，RSD 值小于 1% 表示過(guò)濾系統(tǒng)穩(wěn)定，超過(guò) 1% 表明顆粒泄漏。

若樣品穩(wěn)定且顆粒物少，粒子濃度的輕微增加將分散在分析體積內(nèi)，對(duì)散射光強(qiáng)影響不大。普通濁度儀光源密度低，分析體積較大，靈敏度低。

Laser 激光 vs 普通 LED

o   能量密度高，分析體積小

激光光源光束平行且集中，分析體積小，分析體積內(nèi)的光束密度要高得多。當(dāng)單個(gè)粒子進(jìn)入分析體積，散射光能量高，對(duì)濁度的微小變化有較強(qiáng)的響應(yīng)。使用同一能量的光束，激光光束在其分析體積內(nèi)的能量密度是普通 LED 光源的數(shù)十倍。

PTV6000 激光濁度儀采用高能量激光光束，靈敏度可比普通光源濁度儀高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

• 信號(hào)曲線波動(dòng)大，尖峰，靈敏度高

本質(zhì)上，激光濁度儀與粒子計(jì)數(shù)器相似，可以檢測(cè)到穿過(guò)分析體積的單個(gè)粒子，在檢測(cè)信號(hào)曲線中表現(xiàn)為尖峰。濁度信號(hào)基線不變，由曲線上尖峰的頻率得到凈水中顆粒濃度的變化，這是非激光濁度計(jì)難以檢測(cè)到的。

研究人員在膜過(guò)濾水中加入含 0.5-0.15 NTU 濁度的沉淀水水樣測(cè)試 PTV1000 白光、PTV2000 紅光 和 PTV6000 激光在線濁度儀 對(duì)濁度變化的靈敏度。PTV6000 激光在線濁度儀檢測(cè)信號(hào)峰值更強(qiáng)，響應(yīng)性更及時(shí)。

PTV 系列在線濁度儀對(duì)無(wú)濁水濁度突變信號(hào)圖

• 雜散光更低，檢測(cè)限更低

激光濁度儀可檢測(cè)出水樣中單個(gè)或極低濃度顆粒，因此在極低濁度水的濁度檢測(cè)中更為有效。例如膜處理出水，或傳統(tǒng)過(guò)濾系統(tǒng)針對(duì)性優(yōu)化實(shí)踐等需要高靈敏度濁度檢測(cè)的應(yīng)用。

• 標(biāo)準(zhǔn)差 (RSD) 預(yù)警

激光濁度監(jiān)測(cè)信號(hào) RSD 隨濁度增大而增大，RSD 分析可提高過(guò)濾系統(tǒng)中細(xì)微裂縫監(jiān)測(cè)的靈敏度。

羅威邦 PTV6000 激光在線濁度儀實(shí)際應(yīng)用與比較

下圖是羅威邦^® Lovibond^® PTV6000 激光在線濁度儀、PTV1000 白光在線濁度儀 和 PTV2000 紅光在線濁度儀 在科羅拉多州地表水過(guò)濾廠對(duì)同一出水水樣的濁度監(jiān)測(cè)信號(hào)圖。

PTV 系列在線濁度儀監(jiān)測(cè)過(guò)濾過(guò)程濁度信號(hào)變化圖

隨著過(guò)濾裝置過(guò)濾顆粒物增加，出水水樣濁度升高，濁度標(biāo)準(zhǔn)差上升

過(guò)濾器使用初期，三臺(tái)濁度儀監(jiān)測(cè)到的濁度信號(hào)都十分穩(wěn)定。濁度基線數(shù)值的不同由儀器的監(jiān)測(cè)信號(hào)的雜散光決定，激光在線濁度儀的雜散光較低。過(guò)濾一定時(shí)間后，濁度測(cè)量值都增加，并且由于較大顆粒透過(guò)過(guò)濾裝置進(jìn)如出水，濁度信號(hào)波動(dòng)增加。與 PTV1000 白光 和 PTV2000 紅光 相比，PTV6000 激光在線濁度儀信號(hào)中有更強(qiáng)的響應(yīng)尖峰。隨著過(guò)濾繼續(xù)運(yùn)行，通過(guò)過(guò)濾裝置的顆粒數(shù)量增多，濁度增加。激光在線濁度儀除了濁度基線整體上升外，波動(dòng)程度繼續(xù)增加。

普通光源在線濁度儀和激光在線濁度儀的雜散光差別在任意濁度條件下都存在。對(duì)于由濁度數(shù)值決定過(guò)濾裝置壽命的水處理廠來(lái)說(shuō)，激光在線濁度儀不但能獲得更低更準(zhǔn)確的濁度監(jiān)測(cè)數(shù)值，并且可相對(duì)延長(zhǎng)過(guò)濾裝置使用壽命。

羅威邦PTV6000 激光在線濁度儀應(yīng)用

激光濁度儀可檢測(cè)出水樣中單個(gè)或極低濃度顆粒，因此在極低濁度水的濁度檢測(cè)中更為有效，常用單位為 mNTU。例如膜處理出水，或傳統(tǒng)過(guò)濾系統(tǒng)針對(duì)性優(yōu)化實(shí)踐等需要高靈敏度濁度檢測(cè)的應(yīng)用。

o   膜過(guò)濾：RSD檢測(cè)纖維斷裂引起的細(xì)微濁度變化；

o   常規(guī)過(guò)濾優(yōu)化：顯示過(guò)濾進(jìn)程的詳細(xì)信息與脫落顆粒。

o   反滲透：檢測(cè)裂縫和密封性；

原文作者

Principle Manager of R&D, Water Quality Products研發(fā)主管，水質(zhì)產(chǎn)品

三十多年來(lái)，Mike 專注于濁度儀器和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，獲得多項(xiàng)有關(guān)濁度儀、濁度儀校準(zhǔn)和驗(yàn)證的簡(jiǎn)便產(chǎn)品及方法的zl。Mike 是 ASTM（美國(guó)檢測(cè)與材料協(xié)會(huì)） D19 水委員會(huì)的前任主席，目前擔(dān)任ASTM 濁度分委會(huì)和 ISO TC147 水質(zhì)委員會(huì)任職。他是 AWWA（美國(guó)自來(lái)水廠協(xié)會(huì)）C671 標(biāo)準(zhǔn)編委之一，該標(biāo)準(zhǔn)是在線濁度儀操作及維護(hù)的指南。