De complete gids voor het meten van troebelheid in water

In zijn eenvoudigste vorm is turbiditeit gewoon de onklaarheid van water. Die is meestal afkomstig van deeltjes die in het water zweven en die we individueel niet kunnen zien. Deze deeltjes kunnen algen, vuil, mineralen, eiwitten, oliën of zelfs bacteriën zijn.

Een turbiditeitsmeting is een optische meting die de aanwezigheid van zwevende deeltjes aangeeft. Dit wordt gemeten door licht door een monster te schijnen en de gesuspendeerde deeltjesconcentratie te kwantificeren. Hoe meer deeltjes er in een oplossing zitten, hoe hoger de troebelheid.

Het is belangrijk op te merken dat hoewel troebelheid correleert met gesuspendeerde vaste stoffen, het meten van troebelheid niet hetzelfde is als het meten van totale gesuspendeerde vaste stoffen (TSS). TSS-metingen zijn 'gravimetrisch', waarbij de massa van de vaste stoffen die in een monster zijn gesuspendeerd, wordt gekwantificeerd door de gescheiden vaste stoffen te wegen.

Belang van troebelheid

Troebelheid is een referentieparameter voor waterkwaliteit in alle omgevingen, van gemeentelijke drinkwatervoorziening tot milieumonitoring. Het primaire doel van drinkwaterbehandeling is het verwijderen en verminderen van troebelheid. Gedurende het hele behandelingsproces wordt troebelheid in meerdere stadia gemeten om de efficiëntie van de behandeling te bepalen en om naleving van overheidsvoorschriften te waarborgen. Zwevende stoffen (bodem, algen, enz.) in water verminderen de effectiviteit van desinfecterende chemicaliën en kunnen fungeren als dragers voor bacteriën en parasieten.

Deze zwevende deeltjes worden aangegeven door water dat er licht troebel uitziet en een hoge turbiditeitswaarde heeft. Zelfs zonder troebelheid die de effectiviteit van chlorering vermindert, is de algehele helderheid van het water een indicator van kwaliteit, die de consument geruststelt over de veiligheid ervan. Niemand wil immers troebel water uit de kraan drinken!

Turbiditeit heeft een groot belang bij milieumonitoring, waarbij de troebelheid van water kan wijzen op vervuiling. Na een storm kan de afvoer van landbouw, houtkap en bouwplaatsen bijvoorbeeld snel natuurlijke wateren overspoelen met sediment. Dit kan het waterleven verstoren dat op de bodem aanwezig is, wat baggeren zou vereisen om te saneren.

Buiten drinkwater, afvalwater en milieugebruik is het meten van troebelheid nuttig in wijnhuizen, evenals op andere plaatsen in de voedsel- en drankenindustrie.

Hoe wordt troebelheid gemeten?

Er zijn veel methoden om troebelheid te meten. Om te meten hoe onklaar water is kunnen we alles gebruiken, van visuele methoden tot laboratoriuminstrumenten om te kwantificeren.

Sommige visuele methoden zijn ideaal voor snel gebruik in het veld, zoals de Secchi-schijf. Dit is een schijf die in water wordt neergelaten totdat deze niet meer zichtbaar is. De diepte waarop de schijf niet zichtbaar is, is de Secchi-diepte. Deze methode is subjectief en werkt het beste in langzaam bewegende, laagtroebele natuurlijke wateren.

De beste manier om troebelheid in een breed scala aan monsters te meten, is met een nephelometer, ook wel turbiditeitsmeter genoemd. Turbiditeitsmeters maken gebruik van een fotometrische detector om lichtverstrooiing te meten en uit te lezen in eenheden van troebelheid, zoals nephelometrische turbiditeitseenheden (NTU) of formazin-troebelheidseenheden (FTU).

Hoe verminderen we troebelheid?

De meeste inspanningen om troebelheid te verminderen zijn gericht op preventie bij afvloeiing. Drinkwater- en afvalwaterinstallaties behandelen echter ruw water om troebelheid te verminderen. Er worden regels opgesteld om veilig drinkwater en procesefficiëntie te garanderen. Een van de eerste stappen in het drinkwaterbehandelingsproces is het verwijderen van zwevende deeltjes uit het water.

Om klaring te bereiken, wordt het water gemengd met een stollingsmiddel, zoals aluin. De bodem en andere deeltjes hebben een negatieve lading en stoten elkaar af, wat resulteert in verspreide fijne deeltjes. De toevoeging van aluin neutraliseert het gesuspendeerde materiaal, zodat de deeltjes zich verzamelen om grotere deeltjes te vormen, bekend als 'vlok'. Het water wordt vervolgens door een sedimentatiebekken geleid, waar filtermedia de vlok verwijderen.

Als het ruwe water van nature minder troebel is (meestal grondwater), kan het sedimentatieproces worden verkort, wat tijd en geld bespaart. Nadat de meeste opgeloste deeltjes zijn verwijderd, wordt het water door een eindfilter geleid dat tot 99,5% van de resterende gesuspendeerde vaste stoffen verwijdert.

Troebelheidsmeters zijn apparaten met een lichtbron, lens en detector op 90° van de lichtbron, die samenwerken om de troebelheid van een monster te meten. Wanneer een monster in het pad tussen de lichtbron en de detector wordt geplaatst, verstrooien sommige deeltjes in het monster het licht zodanig dat het de detector bij 90° bereikt. De detector bepaalt de hoeveelheid lichtverstrooiing en vergelijkt de meetwaarde met normen op een kalibratiecurve.

Sommige meters bevatten een andere detector op 180° om rekening te houden met doorgelaten licht. Dit kan helpen bij monsters die een hoge troebelheid hebben om te corrigeren voor verloren licht als gevolg van demping en reflectie. Troebelheidsmetingen bij 90° en 180° worden de ratiomethode genoemd.

Het uitvoeren van troebelheidsmetingen is eenvoudig en omvat slechts een paar eenvoudige stappen.

1. Kalibreer de meter met standaardcuvetten.
2. Vul een cuvet met monster.
3. Reinig de buitenkant van de cuvet. Gebruik bij monsters met een zeer lage troebelheid siliconenolie aan de buitenkant van de cuvet.
4. Plaats de cuvet in de meter en neem de meting op.

De troebelheidsstandaarden vormen een even belangrijk onderdeel van de meting. De meeste moderne standaarden zijn gemaakt van formazine, een synthetisch polymeer met een uniforme deeltjesgrootte. Het polymeer is gemaakt van hydrazine en hexamethyleentetramine. De consistentie van deze verbinding heeft geleid tot de acceptatie ervan door bijna alle normalisatie-instellingen, zoals ISO, EPA en ASBC. Een suspensie van 1,25 mg/l hydrazinesulfaat en 12,5 mg/l hexamethyleentetramine in water heeft een troebelheid van één Formazin Turbidity Unit (FTU).

De meeste andere troebelheidseenheden zijn gebaseerd op FTU, maar variëren op basis van de methode die ze gebruiken. Er zijn veel verschillende eenheden, een paar voorbeelden:

• nephelometrische turbiditeitseenheid (NTU), gelijk aan FTU, maar gemeten met meterontwerp dat voldoet aan de EPA-normen
• nephelometrische turbiditeitsratio-eenheid (NTRU): EPA-gebaseerde eenheid die de verhoudingsmethode gebruikt om troebelheid te bepalen
• formazine-nephelometrische eenheid (FNU), gelijk aan FTU maar gemeten met ISO 7027-normen voor het meterontwerp

Het is belangrijk om te beslissen aan welke methode u waarschijnlijk zult voldoen bij het kiezen van een troebelheidsmeter. Er bestaan veel verschillende troebelheidsmeterontwerpen, maar twee zijn de meest voorkomende: die voldoen aan EPA 180.1 en die voldoen aan ISO 7027. Het is belangrijk op te merken dat meters niet individueel zijn goedgekeurd door deze methode-instanties. In plaats daarvan voldoen ze gewoon aan de eisen die door deze normen worden gesteld.

EPA-conforme troebelheidsmeters

EPA-conforme meters voldoen aan standaardmethode 180.1, de norm voor het bepalen van troebelheid in drink-, grond-, oppervlakte-, afval- en zeewatermonsters. Het presteert het beste in een bereik van 0-40 NDU's, waardoor het ideaal is voor monsters met een laag bereik. Bovendien hebben deze meters de volgende vereisten (uittreksel uit Methoden voor de bepaling van anorganische stoffen in milieumonsters):

• wolfraam lamp werkzaam bij een kleurtemperatuur tussen 2200-3000°K.
• afstand afgelegd door invallend licht en verstrooid licht in de monsterbuis mag niet groter zijn dan 10 cm
• detector gecentreerd op 90° ten opzichte van het invallende lichtpad en niet hoger dan ±30° van 90°
• detector en filtersysteem, indien gebruikt, moeten een spectrale piekrespons hebben tussen 400 nm en 600 nm
• gevoeligheid van het instrument moet het mogelijk maken een verschil van 0,02 NTU of minder te detecteren in wateren met troebelheden van minder dan 1 eenheid

Op basis van deze vereisten zijn EPA-conforme meters:

• (+) zeer geschikt voor metingen in een laag bereik, zoals drinkwater
• (+) voldoen aan EPA-normen voor rapportagegebruik
• (–) slecht presteren met gekleurde monsters vanwege absorptie van wit licht

Bekijk EPA-conforme turbiditeitsmeters van Hanna Instruments

ISO-conforme troebelheidsmeters

ISO-conforme meters zijn de meest voorkomende soort turbiditeitsmeters. Deze hebben vergelijkbare vereisten als EPA, maar een paar belangrijke verschillen:

• de golflengte voor de lichtbron moet een infrarood 860 nm led zijn (dit is technisch gezien geen zichtbaar licht, maar eerder infrarood)
• de spectrale bandbreedte van de invallende straling moet kleiner zijn dan of gelijk zijn aan 60 nm

ISO-conforme meters hebben ook lichtdetectoren op ongeveer 90° van de stralingsbron, hoewel de methode ook het gebruik van detectoren onder andere hoeken ondersteunt om de hoeveelheid licht te bepalen die door het monster wordt gedempt (d.w.z. bij 0°). Algeheel:

• (+) ISO-meters gebruiken een infrarood led, die interferentie door monsterkleur elimineert
• (+) ondersteuning voor de ratiomethode zorgt voor een hogere nauwkeurigheid in monsters met een hogere troebelheid
• (–) niet aanvaardbaar door de US-EPA voor rapportagedoeleinden

Het maakt niet uit welk type meter u kiest, zorg ervoor dat u alle regelgevende instanties raadpleegt als troebelheidswaarden voor rapportagedoeleinden zijn. Beide meterstijlen kunnen formazine-standaarden of AMCO-AEPA-1 gebruiken.

Bekijk ISO-conforme turbiditeitsmeters van Hanna Instruments

Nu u weet hoe u metingen moet uitvoeren en welke soorten meters er zijn, behandelen we enkele van de beste praktijken voor het testen van troebelheid.

1. Begin met goede cuvetten

Zoals we hebben besproken, meten we onklaarheid wanneer we turbiditeit meten, de troebelheid van een monster dat wordt veroorzaakt door gesuspendeerde vaste stoffen. Om dit te doen, hebben we een 'vat' nodig om ons monster te bevatten. Net als bij colorimetrische tests voor chloor of CZV, gebruiken we cellen, of cuvetten, om ons monster te bevatten. Cuvetten zijn een cruciaal onderdeel van de vergelijking, omdat het licht er net als het monster doorheen gaat. Zorg ervoor dat je cuvetten helder en vrij van krassen zijn. Krassen interfereren met de manier waarop licht door het glas gaat, wat leidt tot foutief hoge resultaten. Gelukkig is het corrigeren hiervan net zo eenvoudig als het vervangen van cuvetten die gekleurd zijn of zichtbare krassen vertonen.

2. Olie de cuvetten

Net zoals zichtbare krassen en onvolkomenheden in het glas uw troebelheidswaarden kunnen beïnvloeden, kunnen kleine onmerkbare vlekken ook uw resultaten beïnvloeden. Deze schijnbaar microscopische krassen zijn vooral relevant als u monsters in het lagere bereik meet, zoals bij drinkwater.

Siliconenolie kan worden gebruikt om kleine onvolkomenheden in het glas te maskeren. Siliconenolie heeft dezelfde brekingsindex als glas, dus het zal de metingen niet verstoren. Neem gewoon een paar druppels olie, voeg die toe aan de cuvet en veeg de cuvet vervolgens grondig af met een pluisvrije doek. Eenmaal correct gedaan, moet je een cuvet hebben die vrijwel droog lijkt zonder zichtbare olie.

Het is belangrijk op te merken dat de siliconenolie alleen effectief is in het vullen van kleine onvolkomenheden in het glas. Grote, zichtbare krassen moeten worden gezien als een teken om het glas te vervangen.

3. Verse troebelheidsstandaarden gebruiken

We kunnen het er allemaal over eens zijn dat de sleutel tot nauwkeurige resultaten een nauwkeurige kalibratie is en dat een nauwkeurige kalibratie afkomstig is van betrouwbare standaarden.

Hoewel moderne op formazine gebaseerde standaarden stabieler en betrouwbaarder zijn dan die welke historisch worden gebruikt, zijn ze nog steeds bederfelijk. EPA-methoden stellen dat formazine-voorraadstandaarden (bij 40 NTU) die in eigen huis worden gemaakt, maandelijks moeten worden voorbereid en dat eventuele verdunningen van deze standaard dagelijks moeten worden bereid. Daarna hebben de formazinestandaarden de neiging om te stollen en zich op de bodem van de container te nestelen.

Om tijd te besparen, zoekt u naar AMCO-AEPA-1 primaire standaarden die in de handel verkrijgbaar zijn en bij uw meter passen. Idealiter zouden deze normen moeten worden geleverd als een kit in voorverzegelde injectieflacons die u gemakkelijk in de cuvet kunt plaatsen. De AMCO-normen zijn ook veel houdbaarder dan de zelfgemaakte formazinstandaarden, waardoor jarenlang gebruik (ongeveer 3 jaar) mogelijk is. Zoek naar degenen met een certificaat van analyse (COA) en vervaldatum voor gemoedsrust.

4. De cuvet schoonmaken

We hebben allemaal wel eens wat schaaltjes, lab of anderszins, laten liggen om later te doen, maar doe dat zeker niet met je troebelheidscellen! Vlekken op de cuvet kunnen licht absorberen of verstrooien, wat resulteert in een troebelheidsmeting van uw vuil glas én uw monster. Het is van cruciaal belang dat troebelheidscellen bijzonder schoon zijn.

Als er vlekken op het glas ontstaan, gebruik dan een verdund zuur of andere reiniger om vlekken te verwijderen. Eenmaal schoon, moet u uw troebelheidscellen spoelen met troebelheidsvrij water, zoals zeer zuiver gedeïoniseerd water gefilterd door een ≤ 0,2 μm filtermembraan.

5. De ratiomethode gebruiken

Naarmate de zwevende deeltjes in een monster toenemen, heeft het monster de neiging om te verstrooien en licht te absorberen en te reflecteren. Dit 'verloren' licht kan ervoor zorgen dat troebelheidsmetingen anders worden afgelezen dan de werkelijke waarde.

U kunt het probleem van monsters met een hoge troebelheid op twee manieren oplossen. Een manier om dit te doen is door zeer troebele monsters te verdunnen met troebel water. Eenmaal verdund, worden de monsters gemeten zoals normaal en vervolgens gecorrigeerd met een verdunningsfactor. EPA 180.1 vereist verdunning voor alle monsters boven 40 NTU voorafgaand aan de meting.

Een andere manier om te compenseren voor licht dat wordt teruggekaatst of gedempt, is door de verhoudingsmethode te gebruiken. Veel meters zijn uitgerust met andere detectoren met verschillende hoeken om het verloren licht te bepalen en te compenseren. Ontwerpen die deze methoden gebruiken, voldoen aan standaardmethode 2130B en USEPA Interim Enhanced Surface Water Treatment Rule.

6. Vermijd condensatie op uw cuvetten

Ten slotte kan troebelheid worden beïnvloed door condensatie. Na verloop van tijd kan zich condensatie op het glas vormen, vooral als uw monsters bijzonder koud zijn. Condensatie aan de buitenkant van het glas verduistert het licht van uw monsters, waardoor foutieve troebelheidsmetingen ontstaan. U kunt dit helemaal voorkomen door uw cuvetten regelmatig af te vegen met een schone, pluisvrije doek. Het oliën van de cuvet helpt condensatie te verminderen, maar het is belangrijk om rekening te houden met dit schijnbaar kleine detail.