166557 (Турбидиметрический и нефелометрический методы анализа объектов окружающей среды), страница 3

1. Измерительные ячейки должны быть тщательнейшим образом очищены.

а) Вымыть ячейку с мылом и деионизированной водой.

б) Немедленно погрузить в раствор 1:1 соляной кислоты и выдержать как минимум час. Также можно поместить ячейки в ультразвуковую ванну, чтобы легче было удалить частицы с поверхности стекла.

в) Затем немедленно ополоснуть ультрафильтрованной деионизированной водой (фильтрование обратным осмосом, либо через фильтр 0,2 мкм). Промыть не менее 15 раз.

г) Сразу после того, как ячейки промыты, закупорить их, чтобы предотвратить попадание пыли и высыхание внутренней поверхности ячеек.

Для оценки чистоты измерительных ячеек поведите простой тест. Заполните ячейку ультрафольтрованной деионизированной водой. Дайте постоять несколько минут. Отполируйте ячейку силиконовым маслом и определите мутность. После этого, поместите ячейку в ультразвуковую ванну на 5 секунд. Снова отполируйте и определите мутность. Если изменений нет, то ячейку можно считать чистой. Если после воздействия ультразвуком мутность увеличилась, значит внутреззие стенки содержат загрязнения, которые могут попасть в образец. Другой способ оценки – уровень шума. Сверхчистые ячейки, заполненные сверхчистой водой дают очень ровный уровень мутности менее 0,03 NTU.

2. Ячейки должны быть помечены.

Очистив ячейки, заполните их ультрафильтрованной водой. Дайте постоять. Чтобы вышли пузырьки. Затем отполируйте силиконовым маслом ячейки и определите значения мутности при различной ориентации ячейки. Найдите ориентацию, при которой мутность минимальна, и пометьте его. Для выполнения измерений придерживайтесь данной ориентации.

3. Удаление пузырьков.

Микропузырьки могут быть источниками положительных ошибок при определении мутность. Лучший способ избавиться от них это дать образцу выстоять несколько минут, чтобы пузырьки всплыли. Если образец необходимо перемешать – аккуратно медленно переверните несколько раз. Это позволит перемешать образец, но не внести в него пузырьки воздуха, которые скажутся на измерениях.

Также эффективно вакуумирование образцов. Однако, необходимо следить, чтобы в пробу не попали загрязнения от вакуумного насоса. Для устранения пузырьков можон использовать ультразвуковую ванну, однако необходимо предварительно убедиться, что ячейка идеально чиста. Также ультразвуковая ванна может вызывать изменение размеров и формы частиц или отрывать их от стенок, увеличивая мутность образца.

4. Хранить ячейки отполированными.

Полировка внешней поверхности силиконовым маслом поможет предотвратить прилипание частиц. Силиконовое масло поможет также уменьшить посторонний свет, поскольку оно заполнит мелкие царапины, на которых иначе происходило бы рассеяние света.

5. По возможности, использовать только одну ячейку.

Идеально чистую ячейку желательно использовать для работы со всеми образцами. При установки ячейки в одинаковой ориентации влияние самой ячейки исключается, и можно точно сравнивать мутность различных образцов. Если необходимо несколько ячеек, следует ввести поправки. Для получения поправок используйте лучшую ячейку. Сохраняйте ее для работы с образцами самой низкой мутности.

2.5.4 Точность турбидиметра (нефелометра) в области низких значений

При работе в области низких значений мутности крайне важно проверить точность анализатора мутности. Традиционные стандарты с такими значениями мутности сложно приготовить и они стабильны очень короткое время.

В настоящее время существует два метода проверки точности прибора в области низких значений. Простой предполагает использование стабилизированных проверочных стандартов на основе формазина. Существуют стандарты в диапазоне 0,от 10 до 1,00 NTU. Они готовятся и упаковываются в строжайших условиях, чтобы добиться максимально возможной точности. Подробные инструкции поясняют, как обращаться со стандартом, чтобы правильно и точно определить характеристики прибора и методики в области низких значений. Второй способ оценки характеристик прибора при работе в области низких значений мутности – разбавить исследуемый образец известным количеством стабильного стандарта. Чтобы провести такой тест нужно следующее:

• вода сверхнизкой мутности, предпочтительно очищенная обратным осмосом или фильтрованием через мембрану 0,2 мкм

• очень чистая стеклянная посуда, в том числе одна измерительная ячейка высокого оптического качества

• свежеприготовленный стандарт мутности по формазину 20,0 NTU

• точная автоматическая пипетка типа TenSette^® Pipet^® или аналогичная

Используя перечисленное оборудование, пользователь может определить, как прибор реагирует на добавки стандарта. Ниже приведен пример того, как проводить тест:

1. С помощью пипетки поместить 25 мл очищенной обратным осмосом воды в чистую измерительную ячейку. Ячейка должна быть сухой. Немедленно закрыть ячейку.

2. Отполировать ячейку и аккуратно поместить в турбидиметр, соблюдая ориентацию.

3. Дождаться, пока показания станут стабильными. Обычно на то, чтобы пузырьки всплыли, требуется от 1 до 5 минут

4. Записать показания

5. С помощью пипетки 0 – 1,0 мл TenSette^® или аналога и чистого носика добавить 0,5 мл стандарта 20,0 NTU. Перед использованием стандарт нужно тщательно перемешать. Приращение мутности должно составлять 0,39 NTU.

6. Закрыть ячейку и аккуратно перевернуть 10 раз, чтобы размешать содержимое.

7. Снова отполировать ячейку. Поместить в турбидиметр, соблюдая ориентацию.

8. Снова подождать 1 – 5 минут, пока стабилизируются показания.

9. Записать показания.

Разница между значением, полученным в п. 9 и значением мутности чистой воды, полученным в п. 4 составляет отклик прибора на добавку стандарта формазина 20,0 NTU. Теоретически мутность должна измениться (в данном образце) на 0,39 NTU.Розница между откликом прибора и теоретическим значением составляет ошибку прибора при работе в данной области. Большую часть этой ошибки составляет посторонний свет от прибора и измерительной ячейки. Величину ошибки можно вычитать при определении мутности. Данная процедура работает до тех пор, пока: 1) используемая стеклянная посуда тщательнейшим образом отмыта; 2) добавляемый образец свежий (не более 30 минут); 3) добавка производится точно; 4) каждый раз используется одна и та же ячейка в одном и том же положении; 5) оптика прибора чистая, прибор содержится в чистом помещении; и 6) для работы с образцами используется та же ячейка.

2.5.6 Определение больших значений мутности

Определение сверх высокой мутности – это обычно такое измерение, при котором невозможно определить концентрацию частиц нефелометрическим способом. В приборах с длиной пути света в образце 1 дюйм сигнал нефелометрического датчика начинает уменьшаться при достижении мутности порядка 2000 NTU. Начиная такого уровня, увеличение мутности будет приводить к уменьшению сигнала нефелометрического детектора.

Но для определения мутности в таких образцах существуют другие способы: по проходящему свету, по прямому рассеянию и по обратному рассеянию. Количество проходящего света и рассеянного вперед обратно пропорциональны возрастанию мутности и дают хорошие результаты до значений порядка 4000 NTU. При значениях мутности более 4000 NTU (с использованием стандартной 1 дюймовой ячейки) сигнал от проходящего или от рассеянного вперед света настолько мал, что сравним с уровнем шума, т.е. шум прибора становится основным источником помех. С другой стороны сигнал датчика обратного рассеяния возрастает пропорционально возрастанию мутности. Показано, что детектирование обратного рассеяния эффективно для определения мутности в диапазоне от 1000 до 1000 NTU (и выше). Ниже 1000 NTU сигнал датчика обратного рассеяния очень мал и теряется в шуме прибора. С помощью комбинации детекторов можно определять мутность от минимальных до сверхвысоких значений.

Определение сверхвысокой мутности широко применяется, например, для контроля содержания жира в молоке, содержания таких компонентов, как диоксид титана в красках, шлама в горных породах, воды в обратном иле очистных сооружений.

При определении сверхвысокой мутности измерительная ячейка сильно влияет на точность. Ячейка не является идеально круглой, а толщина стенки непостоянна. Эти два фактора оказывают значительное влияние на определение мутности и особенно на определение по обратному рассеянию. Чтобы уменьшить влияние ячейки, необходимо выполнять несколько измерений при различной ориентации ячейки. Рекомендуются положения 0, 90, 180 и 270 градусов относительно метки. Измерения необходимо выполнять, используя одинаковую методику подготовки пробы. Измерения следует проводить через одинаковые интервалы времени после перемешивания пробы, чтобы достичь максимальной воспроизводимости измерений. Полученные значения необходимо усреднять, и принимать за истинное значение усредненную величину.

Определение сверхвысокой мутности обычно используется для контроля за управлением производственным процессом. Пользователь сперва должен установить взаимосвязь между мутностью и различными условиями протекания процесса.

Для определения зависимости пробу разбавляют и определяют мутность при каждом разбавлении. Строят график зависимости мутности от разбавления. Наклон аппроксимирующей прямой показывает природу зависимости. Если наклон большой (больше 1), значит соответствие хорошее и потенциальные помехи измерениям минимальны. Если наклон маленький (меньше 0,1), значит существуют помехи, влияющие на измерения. В этом случае образец следует разбавлять до тех пор, пока наклон не начнет возрастать.

Если же наклон близок к нулю или отрицательный, значит мутность слишком велика, либо помехи слишком сильны. Образец опять же следует разбавить.

При определении сверхвысокой мутности цвет может быть основной помехой. Возможное решение в случает цветовых помех – это значительно разбавить пробу. Альтернативный способ состоит в том, чтобы выявить спектр поглощения образцов и проводить определение мутности на тех длинах волн, которые образец не поглощает. Использование длины волны 800..860 нм эффективно, потому что большинство окрашенных соединений, встречающихся в природе, незначительно поглощают свет с такой длиной волны.

Возможность производить определение мутности в диапазоне сверхвысоких значений дает простую физическую характеристику для большого количества образцов и процессов.

В целом, каждый процесс уникален, и требуются некоторые усилия, для того чтобы точно характеризовать образец и его свойства посредством турбидиметрических (нефелометрических) измерений.

2.5.7 Мутность и содержание взвешенных веществ (твердых частиц)

Традиционный анализ содержания взвешенных веществ обычно заканчивается гравиметрией, которая требует много времени и чувствительна к методике эксперимента. Обычно, для завершения анализа требуется от двух до четырех часов. Таким образом, даже если проблема и найдена, время для ее решения зачастую уже упущено. Это приводит к дорогостоящему простою и ремонту. При этом мутность можно использовать как замену продолжительным гравиметрическим анализам. Необходимо установить взаимосвязь между мутностью и общим количеством твердых частиц (содержанием взвешенных веществ) в пробе. Если зависимость существует, то турбидиметр (мутномер) можно использовать для контроля за содержанием взвешенных веществ и получать быстрый результат. Использование турбидиметра позволяет сократить время ожидания результата с часов до секунд. Для определения зависимости мутности от общего содержания твердых частиц разработана соответствующая процедура. При определении данной зависимости делаются некоторые предположения.

• Образец не содержит плавучих частиц.

• Образец должен быть текучим настолько, что при перемешивании станет однородным и может быть аккуратно разбавлен.

• Образец содержит твердые частицы такие же, как в образцах, работа с которыми планируется.

• Состав образца должен быть хорошо известен.

• Процедура определения зависимости должна быть как можно короче.

• Образец необходимо тщательно перемешивать при любом разбавлении или измерении.

• Методика подготовки пробы и выполнения измерений должна быть одинакова при изучении зависимости и при изучении образцов во время контроля технологического процесса.

• Температура образца должна совпадать с температурой интересующего процесса. В дальнейшем температуры всех образцов должны быть одинаковы, как при определении мутности, так и пир фильтровании образцов для гравиметрического анализа.

Процедура определения зависимости разделена на четыре стадии. Ниже приведено краткое описание каждой из них.

1. Разбавление образца

Для того, чтобы покрыть весь возможный диапазон содержания твердых частиц, необходимо несколько ступеней разбавления образца. Для разбавления образцов необходимо использовать воду с «нулевой мутностью». Неводные растворители должны быть бесцветными, без частиц, растворитель должен соответствовать химическим и физическим свойствам образцов.

2. Определение общего содержания твердых частиц в образце при каждом разбавлении.

Содержание твердых частиц при каждом разбавлении определяют гравиметрическим способом. Необходимо позаботиться о соблюдении методики на протяжении всего ряда измерений.

3.Определение мутности при каждом разбавлении