水质分析仪——测量浊度的几种方法

历史上测量浊度的方法是杰克逊浊度计。这种仪器是由一根蜡烛和一根扁平的玻璃管制成的，是一个多世纪以前研制出来的。就像一个透明的管子，往管子里倒水，直到蜡烛光不再清晰可见。光不会完全消失，只有火焰的影像会消失。当透射光的强度等于水中粒子散射的光量时，就会发生这种情况。水越浑浊，火焰图像消失得越快。

蜡烛浊度计是量化浊度的首次实际尝试。除了这种仪器，还开发了一种标准悬挂装置，可以根据用户的眼睛“校准”试管。虽然浊度仪的刻度是ppm二氧化硅，但该仪器的单位称为杰克森浊度单位(JTU)。1926年A ** z发明后，作为该方法的新校准标准，采用了** z浊度单位(FTU)。但是，即使提高了标准，这种方法的适用范围也是有限的。烛光浊度计不能检测低于25 JTU的浊度。这也是非常主观的，因为读数是基于人类的观察。这引入了基于个人感知和判断的错误。其他基于消光的浊度仪也有研发出来，但还是依赖于人的视觉。现在人们认为这些方法已经过时了，因为浊度仪(如仪表、传感器)的测量范围更大，精度更高。

用浊度计测量浊度。

测量浊度的一种比较常见的方法是使用浊度计。浊度仪可以手持，可以现场使用，也可以实验室台架使用。这些仪器使用一个光源和一个或多个检测器来测量水样中颗粒散射光。

光散射

光被水中的粒子散射和吸收。由于溶解颗粒和分子的存在，即使是清水也会有微小的光散射。这种散射可以发生在任何方向，任何给定方向的强度取决于光源和粒子的大小。当粒子比光束小得多时，散射在各个方向上都是相当对称的。然而，粒子越大，向前散射的光就越多(远离光束)。

波长也会影响光散射。通常，对于相同的颗粒尺寸，较短的波长比较长的波长散射更多。较短的波长也更容易被样品中的有色分子吸收。近红外光很少被吸收，所以溶解的有色物质不会对其产生影响。这也是不同方法测浊度无法比较的原因之一——光源不同，光散射就不同。虽然在计算中考虑到了这一点，但是可以保证得到等效的结果。

散射光的距离也会影响浊度读数。光源和光电探测器之间的光程越长，仪器在低浊度水平下的分辨率越好。最长路径长度为90度和180度。然而，增加路径长度会牺牲测量范围。EPA 180.1和ISO 7027方法都将光程长度限制在10厘米以内。减小路径长度(例如，基于反向散射的光电探测器)将增加浊度测量的上限。

然而，样品中存在的粒子越多，散射的光就越多。浊度计测量在特定角度散射的光量，并将读数转换为浊度测量值。一些浊度计设计用于补偿颜色吸收和高浊度，而其他浊度计则旨在获得非常低的浊度水平下的准确读数。虽然有衰减和比值测量仪器，但大部分浊度仪都采用浊度仪技术。

比浊法

比浊法指的是将光源和光电探测器相互成90度角。不考虑颗粒大小，这个角度被认为是对光散射最敏感的。然而，它仅限于低浊度水平(低于40 NTU ),并且容易受到溶解的有色物质的干扰。由于光散射和浊度之间的关系，准确的浊度测量值限于0-40 NTU。在这个范围内，光散射和浊度之间存在线性关系。当浊度水平上升到40 NTU以上时，这种线性消失。

尽管有这些缺点，这种技术是浊度检测最常用的技术，也是许多浊度仪设计的基础。浊度设计可以符合EPA方法180.1或ISO 7027，这取决于所使用的光源。如果光源是钨灯，仪器符合EPA方法180.1，应使用浊度单位(NTU)。FNU ISO 7027浊度仪采用近红外LED光源，推荐** zin浊度仪使用。

浊度技术基于以下算法:

T = a 0 * I 90

T =浊度，单位为NTU(0-40)

0 =校准常数

I 90 = 90度检测器电流

如上所述，仅建议将浊度设计用于0-40 NTU之间的浊度样品。在高浊度的情况下，光散射在传播过程中会撞到很多颗粒，从而降低光强。随着光照强度的降低，仪器的精度也会降低。为了补偿这种影响，可以将样品稀释到40 NTU以下。由于EPA方法180.1和ISO 7027都允许样品稀释，根据所选方法的建议，可以使用更高的浊度。因为它易受颜色干扰，在高浊度时不可靠，所以许多仪器在这种设计中得到了扩展。将比浊法与衰减检测器或其他倾斜检测器相结合，可以提高仪器的准确度和灵敏度。

削弱

是衰减强度的损失。在浊度测量中，衰减是指光源和正对光源的检测器之间的光损失(180度)。这种光损失可能是由散射和吸收引起的。仅依靠衰减的浊度计最易受光吸收和颜色干扰的影响。

因为衰减设计实际上并不测量散射光，所以它们也被称为透射浊度计或吸收计。它们不是以真正的浊度单位来测量的。这些仪器仅测量在光源和光电探测器之间传输的光量，并将其报告为原始光量的百分比。当符合ISO 7027标准时，浊度必须超过40 NTU，并以**津衰减单位(FAU)报告。尽管浊度计可以用来估计水的清洁度，但它并没有得到EPA的批准。

这是一种在比色仪器中使用的技术，其中来自颜色的干扰被认为是测量的一部分。这些仪器假设分子均匀分布在整个样品中。颜色和浊度是有关系的，因为颜色分子会吸收光线，影响水的透明度。而基于溶解有色物质的浊度测量，与悬浮泥沙浓度或总悬浮固体无关。由于有色样品不一定含有沉淀物或固体，它们不会影响这些浓度。色度测量可通过以下公式计算:

T =I/I0

T =透射率

I =传输(接收)光

0 =入射光(初始)

A = Log(1 / T)= a * b * c

A =吸收率

T =透射率

A =常数，分子吸收特定波长光的能力

B =路径长度

C =颗粒浓度

比率设计(比浊法)

当与浊度仪和其他角度配合使用时，带衰减角的光电检测器有助于提高浊度仪的准确度。这通常被称为比率设计。在浊度技术下，比率或浊度计仍被归类为90度角，并用作主要检测器。与多个光电探测器相比，该算法可以补偿光学干扰，提高仪器的灵敏度。方法标准比例法使用以下算法:

t = I 90/(d0 * I t+D1 * I fs+D2 * Ibs+D3 * I 90)

T =的浊度(0-10000)

0，d 1，d 2，d 3 =校准系数

I 90 = 90度检测器电流

T =传输检测器电流

I =正向散射检测器电流

I =反向散射检测器电流11，16

使用多个检测器可以提高准确度并减少溶解的有色物质和杂散光的干扰。这在浊度(90度)检测器和衰减或透射(180度)检测器之间最为明显。因为光束传播到这些光电探测器的距离几乎相同，所以水样中颜色的影响将在数学上被消除。

虽然前向散射检测器不是很灵敏，但它们可以在很宽的浊度范围内提供线性响应。当与浊度法和其他角度结合时，前向散射检测器可以增加范围和分辨率，同时减少来自颜色和电子噪声的误差。反向散射检测器通常仅在非常高的浊度应用中需要(超过4000 NTU)，尽管它们经常用于超过1000 NTU的应用中。在这些水平上，反向散射检测器比其他成角度的检测器接收更多的散射光，并反射线性响应。在低于1000 NTU的水平，反向散射检测器可能开始干扰浊度测量，而不是改善浊度测量。因为反向散射水平非常低，低于1000 NTU，所以探测器将产生比测量信号更多的电子噪声。改进的探测器材料可以降低仪器噪音。

只要其中一个光电探测器处于90度角，比率设计就可以满足EPA方法180.1或ISO 7027的要求。仪器仍需与所选方法的光源、光传播距离等要求保持一致。附加光电探测器的存在不会改变顺从性。但是，建议使用指示使用多个检测器的装置。对于EPA方法180.1标度设计，USGS推荐的单位是浊度比单位(NTRU)，而对于** zin浊度比单位(FNRU)应用于符合ISO 7027的标度设计。

符合GLI2标准的仪器就是多波束比设计的一个例子。这些仪器除了使用两个探测器外，还使用两个光束，大大提高了仪器的灵敏度和准确度。这些仪器应使用浊度多光束单位(NTMU)或浊度多光束单位(FNMU)，这取决于光源。