Lovibond®德國羅威邦®水質分析

 激光在線濁度儀 PTV6000 為何能突破濁度檢測極限

德國羅威邦^® Lovibond^® PTV6000 激光在線濁度儀，具有先進的光學系統，在水質濁度監測過程中展現出高度穩定性。本文從激光光源角度解析為何激光在線濁度檢測能夠進一步突破極限，成為水處理過濾系統監測一個關鍵參數。

本文要點

o    激光濁度儀工作與粒子計數器類似，但校準維護容易。

o      激光濁度儀測試曲線波動大，標準差（RSD）是分析參數之一。

o      RSD 分析可檢測到單個透過顆粒，是過濾系統失效的前兆。

o      激光濁度儀適用于極低濁度水質，細微濁度變化和過濾優化。

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

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檢測到的所有不溶性物質（主要是顆粒）的總值。該分析體積即散射光檢測器視場與入射光柱形成的體積。分析體積內充滿水樣，其組成粒子共同散射入射光。當水樣穩定時，散射光也穩定，濁度讀數穩定。當水樣組成發生變化時，濁度讀數也隨之發生變化。

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。除了檢測濁度數值本身，由于濁度數值的波動會因濁度條件變化而增加，濁度波動也是濁度檢測的一個重要參考值。這種波動通常用標準差或相對標準偏差 (RSD) 來衡量。實踐證明 RSD 可提高不同過濾系統中細微裂縫監測的靈敏度。^[1] 濁度 RSD 的應用應基于每個水處理廠的設計和操作參數。一般來說，RSD 值小于 1% 表示過濾系統穩定，超過 1% 表明顆粒泄漏。

若樣品穩定且顆粒物少，粒子濃度的輕微增加將分散在分析體積內，對散射光強影響不大。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，分析體積內的光束密度要高得多。當單個粒子進入分析體積，散射光能量高，對濁度的微小變化有較強的響應。使用同一能量的光束，激光光束在其分析體積內的能量密度是普通 LED 光源的數十倍。

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數量級。

• 信號曲線波動大，尖峰，靈敏度高

本質上，激光濁度儀與粒子計數器相似，可以檢測到穿過分析體積的單個粒子，在檢測信號曲線中表現為尖峰。濁度信號基線不變，由曲線上尖峰的頻率得到凈水中顆粒濃度的變化，這是非激光濁度計難以檢測到的。

研究人員在膜過濾水中加入含 0.5-0.15 NTU 濁度的沉淀水水樣測試 PTV1000 白光、PTV2000 紅光 和 PTV6000 激光在線濁度儀 對濁度變化的靈敏度。PTV6000 激光在線濁度儀檢測信號峰值更強，響應性更及時。

PTV 系列在線濁度儀對無濁水濁度突變信號圖

• 雜散光更低，檢測限更低

激光濁度儀可檢測出水樣中單個或極低濃度顆粒，因此在極低濁度水的濁度檢測中更為有效。例如膜處理出水，或傳統過濾系統針對性優化實踐等需要高靈敏度濁度檢測的應用。

• 標準差 (RSD) 預警

激光濁度監測信號 RSD 隨濁度增大而增大，RSD 分析可提高過濾系統中細微裂縫監測的靈敏度。

羅威邦 PTV6000 激光在線濁度儀實際應用與比較

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濾廠對同一出水水樣的濁度監測信號圖。

PTV 系列在線濁度儀監測過濾過程濁度信號變化圖

隨著過濾裝置過濾顆粒物增加，出水水樣濁度升高，濁度標準差上升

過濾器使用初期，三臺濁度儀監測到的濁度信號都十分穩定。濁度基線數值的不同由儀器的監測信號的雜散光決定，激光在線濁度儀的雜散光較低。過濾一定時間后，濁度測量值都增加，并且由于較大顆粒透過過濾裝置進如出水，濁度信號波動增加。與 PTV1000 白光 和 PTV2000 紅光 相比，PTV6000 激光在線濁度儀信號中有更強的響應尖峰。隨著過濾繼續運行，通過過濾裝置的顆粒數量增多，濁度增加。激光在線濁度儀除了濁度基線整體上升外，波動程度繼續增加。

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。對于由濁度數值決定過濾裝置壽命的水處理廠來說，激光在線濁度儀不但能獲得更低更準確的濁度監測數值，并且可相對延長過濾裝置使用壽命。

羅威邦PTV6000 激光在線濁度儀應用

激光濁度儀可檢測出水樣中單個或極低濃度顆粒，因此在極低濁度水的濁度檢測中更為有效，常用單位為 mNTU。例如膜處理出水，或傳統過濾系統針對性優化實踐等需要高靈敏度濁度檢測的應用。

o   膜過濾：RSD檢測纖維斷裂引起的細微濁度變化；

o   常規過濾優化：顯示過濾進程的詳細信息與脫落顆粒。

o   反滲透：檢測裂縫和密封性；

原文作者

Principle Manager of R&D, Water Quality Products研發主管，水質產品

三十多年來，Mike 專注于濁度儀器和相關標準的設計和應用，獲得多項有關濁度儀、濁度儀校準和驗證的簡便產品及方法的zl。Mike 是 ASTM（美國檢測與材料協會） D19 水委員會的前任主席，目前擔任ASTM 濁度分委會和 ISO TC147 水質委員會任職。他是 AWWA（美國自來水廠協會）C671 標準編委之一，該標準是在線濁度儀操作及維護的指南。