浊度仪中两种不同光源对浊度测量的影响研究

　　1　引　言

　　现今国际上流行的测量浊度标准有两个:一个是美国环保协会于1992年颁布的USEPA180.1浊度标准,通常适用于美国及一些美洲国家;另一个是国际标准化组织(ISO)于1990颁布的ISO7027浊度标准[1],并于1994年被欧洲标准组织(CEN)接受,欧盟国家严格遵循此标准进行浊度仪的开发和生产。两个标准采用了不同的光源,USEPA180.1采用峰值波长在400~600nm的卤素钨灯为光源,由于散射作用对可见光中蓝光较敏感,所以选择峰值波长在400~600nm的青蓝光范围内以获得较好的敏感度,但同时由于测量水样中的背景光以及带色有机物质会对可见光波段产生较大的影响,所以测量准确度明显下降;而ISO7027标准采用的峰值波长在860nm左右的红外光LED,能较好地消除水样中色度的影响,因为水中色度对红外光基本无吸收[2]。

　　现采用美国HACH公司的2100N和2100ANIS两款实验室浊度仪分别测量浊度标液及带色溶液,比较其测量数据及测量值下限,得出色度在可见光范围内对浊度测量影响较大,而在近红外光基本不影响测量[3]。

　　2　实验及结果

　　采用2100N和2100ANIS型浊度仪和半径为5cm的比色池对标准浊度液(Formazin标液)和带色的Formazin浊度液进行测量。测量数据见表1和表2,标液值分别为1NTU、2NTU、4NTU、6NTU、8 NTU和10NTU,2100N型浊度仪采用的是峰值波长在400~600nm的卤素钨灯,而2100ANIS型浊度仪采用的是峰值波长在860nm左右的红外光LED,两种浊度仪均测量90°的散射光,并可以对透射光和前向散射光可进行选择性测量,其目的是在测量高浊度时对浊度值产生补偿作用。由于实验中测量低浊度,所以两种浊度仪均选择只测量90°的散射光以保证浊度算法的相同。

　　上述结果表明在测量无色的Formazin浊度标液时,采用钨灯光源或红外LED光源对测量准确度影响不大,但2100N显示值较2100ANIS显示值低;在测量过程中应使仪器的“ratio”键为“off”状态,保证比浊算法对测量结果无影响。

　　按照上述实验方法,采用2100N和2100ANIS型浊度仪对带色Formazin溶液(在Formazin溶液中加入带色酸性溶液)进行测量,测量数据如表2。

　　运用MatLab,对两组显示数据做回归分析,可得两组显示数据与溶液实际值的相关性较好,其相关系数R均为1。

　　从图1可得采用红外LED的2100ANIS型浊度仪在测量带色溶液时受色度的影响较小,而对于采用钨灯为光源的2100N型浊度仪,由于水样中色度对钨灯所发出的可见光光谱的吸收作用,故测量的数值明显偏离准确值,且所测浊度越大偏离越大。

　　测量数值的偏离度还与另外一个因素即测量比色池有关,当采用波长为500nm的单色光透过直径为2cm的比色池时,其中比色池中装入100TCU的标准色度溶液,在光透射过程中的吸收率为9%,而选用直径为5cm的比色池时,溶液色度对光的吸收率为21%;当比色池中装入20 TCU的标准色度溶液,光源不变,采用2cm的比色池光吸收率为2%而5cm比色池光吸收率为5%[4]。对于860nm的红外光,随着比色池尺寸的改变色度溶液几乎不能影响测量的准确性。