淺 析 濁 度 的 檢 測
隨著生活水平的不斷提高，人們對生活飲用水的要求也不斷提高，G家也因此在2006年對《生活飲用水衛(wèi)生標準》做出了修訂。新標由原來的35項增加**106項，修訂了8項，大幅增加了生活飲用水衛(wèi)生標準的指標數(shù)量，新標也于2012年7月1日實施。由此可見生活飲用水的標準變得越來越重要，而今天討論的濁度是水質指標中的常規(guī)指標。
一、 濁度的檢測原理
濁度是一種光學效應，是光線與溶液中的懸浮顆粒相互作用的結果，它表征光線透過水 層時受到阻礙的程度。而光線在水溶液中的透射和散射是一種非常簡單的水質的物理參數(shù)，濁度是描述液體里的懸浮固體.但是，并不是直接測量它，濁度測量的是樣品的透射光的量或散射光的量，透射光強度越小或散射光強度越大，表征水溶液的濁度越大。濁度值是水樣中存在的所有物質作用的結果，從某種意義上講，通過標準化的分析方法，濁度測量完全可以成為定量分析。
濁度計是測定水濁度的裝置。有透射光式、散射光式和透射散射光式等，通稱為光學式濁度計。其原理為，當光線照射到液面上，入射光強、透射光強、散射光強相互之間比值和水樣濁度之間存在一定的相互關系，通過測定透射光強、散射光強和入射光強，或透射光強和散射光強的比值來測定水樣的濁度。光學式濁度計有用于實驗室的，也有用于現(xiàn)場進行自動連續(xù)測定的。
二、濁度的基本測量方法
目前，濁度測量方法按光接收方式主要分為透射光式濁度測量法、散射光式濁度測量法、透射光－散射光比較測量法3種。
1.透射光式濁度測量法
從光源（發(fā)光二極管）發(fā)出的光束射入水樣，水樣中的濁度物質會使光的強度衰減，此光穿過待測液體并被光敏晶體管接收轉換，得到的電信號驅動儀器的后置電路，指示出液體的渾濁程度。光強的衰減程度與水樣的濁度之間的關系可用式（1）表示：
                                     （1）
式中：I—透射光發(fā)光強度，cd；
I₀—入射光發(fā)光強度，cd；
K—比例常數(shù)；
d—濁度， NTU；
l—水樣透過深度，mm。
透射光式濁度測量法測量濁度，方法比較簡便，其原理如圖1所示。
 
2.散射光式濁度測量法
光束射入水樣時，由于水樣中濁度物質使光產(chǎn)生散射，通過測量與入射光垂直方向的散射光強度，即可測出水樣中的濁度，與入射光成90°方向散射光強度符合雷萊公式：
                                               （2）
式中：I—散射光強度，cd；
K—系數(shù)；
N—單位容積的微粒數(shù)，NA；
V—微粒體積，L·mol^-1；
λ—入射光波長，nm；
I₀—入射光強度，cd。
在一定條件下，系數(shù)與單位容積微粒的總數(shù)成正比，即與濁度成正比：
                                           （3）
式中：K′—另一個系數(shù)；
T—水濁度，NTU。
在入射光I₀ 不變的情況下，散射光強度I與濁度成正比，濁度測量轉化為散射光強度的測量。
光源與光電接收器件集成在密封的探頭中，使得入射光經(jīng)過水中顆粒的散射，被與它成90°角的光電接收器件接收后，即可測出水樣的濁度，其原理如圖2所示。
 
3.透射光－散射光比較測量法
當光源發(fā)出的發(fā)光強度為I₀ 的光通過水樣時，由于水樣中懸浮固體和雜質的吸收和散射作用，使穿過水樣的透射光發(fā)光強度減弱到IT，發(fā)光強度的減弱符合朗伯-比耳定律，公式如下：
                                      （4）
式 中：I_T—透射光發(fā)光強度，cd；
I₀—入射光發(fā)光強度，cd；
τ—與發(fā)光強度無關的衰減系數(shù)；
L—透射光程，mm。
水樣顆粒物質與光相互作用時，產(chǎn)生的散射光發(fā)光強度及其在空間的分布與微粒直徑大小、微粒折射率、入射光發(fā)光強度等諸多因素有關。利用瑞利散射原理和米氏散射原理，散射光與入射光的關系式為：#p#分頁標題#e#
                                （5）
式中：I_S—散射光發(fā)光強度，cd；
α—與散射函數(shù)有關的系數(shù)；
N—水樣中含有的顆粒個數(shù)，與濁度成正比，mol；
l—散射光程，mm。
同時測量投射于水樣光束的透射光和散射光強度，再按這兩者光強度比值測量其濁度大?。?br />                         （6）
由式（6）可見，濁度只與α以及散射透射光程比有關，而α和l/L都是被精確固定的，消除了由于LED光源老化以及不穩(wěn)定對濁度測量的影響，有效地提高了測量準確度。
測量儀器由光源、光電檢測設備以及電子放大與計算機數(shù)據(jù)處理、控制系統(tǒng)等組成。光源發(fā)出的光通過測量水樣，到達光電檢測設備后被接受而轉化為電信號，同時測量水樣中的樣品在光照下產(chǎn)生散射，散射光被與入射光線成90°放置的另一光電檢測器接受并轉化為電信號。兩信號經(jīng)電子放大后輸入計算機系統(tǒng)，兩信號分別隨樣品濁度的增加分別減小和增大，計算機將兩信號進行適當?shù)挠嬎愕玫綐悠返臐岫戎挡@示在液晶屏上。測量原理如圖3所示。
三、3種檢測方法的適用性
透射光式濁度測量法原理簡單，但在測量低濁度水樣時，由于大部分的光都直接透射了，微小的濁度變化引起的透射光變化是相當小的。變化率很小對光電接收和放大器件的分辨力和穩(wěn)定性要求非常高，所以透射光方法不適合測量低濁度，而水樣中濃度較高的雜質和微粒能使透射光信號衰減更加明顯，其適用于測量高濁度水樣。
 
 
 
對于低濁度水樣，光對微粒的散射作用更加明顯，并且在此范圍內(nèi)散射光曲線線性較透射光好，散射光式濁度測量法在低濁度測量時具有較高的準確度和靈敏度。在散射光式濁度測量法中，當液體的濁度超過一定界限時，會發(fā)生多次散射現(xiàn)象，使散射光強度迅速下降，這時散射光強度已不能正確反映液體試樣的濁度值，因此散射光式濁度測量法主要用于低、中濁度液體。
透射光-散射光比較測量法能同時測量投射于水樣光束的透射光和散射光強度，再按兩者光強度比值測量其濁度大小，其理論基于朗伯-比耳定律和散射定律，既能消除光源老化對測量準確度的影響，又繼承了以上兩種方法各自的優(yōu)點，提供了一個從小到大連續(xù)的濁度測量范圍，能有效提高測量的適應性和準確度。 但是散射光和透射光之比并非是嚴格的線性關系，只是在一定的濁度范圍內(nèi)有近似線性的關系，濁度的測量范圍從而有一定的局限性。