电场化学仪表第七节 浊度计

1、第七节第七节 水的浊度及浊度仪水的浊度及浊度仪一、概述：一、概述：化工、火力发电为保证水处理设备的正常运行，化工、火力发电为保证水处理设备的正常运行，必须将水的浊度控制在一定的范围内，否则对设备的安全运行必须将水的浊度控制在一定的范围内，否则对设备的安全运行将产生较大的影响。另外，在电子行业对水质浊度的要求更加将产生较大的影响。另外，在电子行业对水质浊度的要求更加严格；生活用水浊度的控制好坏也直接影响人们的身体健康。严格；生活用水浊度的控制好坏也直接影响人们的身体健康。二、浊度的基本概念二、浊度的基本概念1.分散物系：一种或几种物质以极微小的粒子分散在另一分散物系：一种或几种物质以极微小的粒子

2、分散在另一种物质中所组成的物质体系。种物质中所组成的物质体系。2.分散相：被分散的物质分散相：被分散的物质3.分散介质：分散其他物质的物质分散介质：分散其他物质的物质3.分散物系的分类分散物系的分类4.浊度的意义浊度的意义(1) 概念：概念：水的浑浊程度，即水中微粒物质对光的散射而使水的浑浊程度，即水中微粒物质对光的散射而使水的透光率下降的程度水的透光率下降的程度一束光照到某一分散系上将会有：一束光照到某一分散系上将会有：散射散射反射、折射反射、折射吸收吸收当微粒直径当微粒直径d入射光波长入射光波长时，粒子对光的作用主要是时，粒子对光的作用主要是散射，散射，其散射光强符合瑞利公式：其散射光强符

3、合瑞利公式：0222212221423)2(24InnnnnVI单位体积单位体积的粒子数的粒子数单个粒子单个粒子的体积的体积分散粒子分散粒子的折射率的折射率分散介质分散介质的折射率的折射率研究表明：当粒子研究表明：当粒子d无论是小于还是大于无论是小于还是大于，对光都有散射作用。，对光都有散射作用。并且有并且有xI1 当当d/从小于从小于1到大于到大于1时，时，x从从4变到变到0。并且颗粒产生的光效应。并且颗粒产生的光效应逐渐变为反射和折射为主。从整个物系来看，呈现出很强的慢散色逐渐变为反射和折射为主。从整个物系来看，呈现出很强的慢散色效果。另外还与被测物系中微粒的形状有关效果。另外还与被测物系

4、中微粒的形状有关 一般生活用水和工业用水是一种复杂的分散物系，既包含小分一般生活用水和工业用水是一种复杂的分散物系，既包含小分子、离子及胶体粒子及粗颗粒，而且微粒的成分、形状也不一致。子、离子及胶体粒子及粗颗粒，而且微粒的成分、形状也不一致。因此，浊度并不能确切反应水中不溶物质微粒的含量。因此，浊度并不能确切反应水中不溶物质微粒的含量。 浊度的意义：浊度的意义：是当光线通过水样后，由于水中颗粒的遮拦或散是当光线通过水样后，由于水中颗粒的遮拦或散射而使光强发生变化，其变化率可以反映水中分散颗粒的数量。浊射而使光强发生变化，其变化率可以反映水中分散颗粒的数量。浊度就是表示这种变化率的一种光学度量方

5、法，它可以使人们对水中度就是表示这种变化率的一种光学度量方法，它可以使人们对水中不同大小、密度和形状的悬浮物、胶体、浮游生物和微生物的颗粒不同大小、密度和形状的悬浮物、胶体、浮游生物和微生物的颗粒建立数量的概念，但它并不能直接表示水中这些分散杂质颗粒的含建立数量的概念，但它并不能直接表示水中这些分散杂质颗粒的含量，这是因为浊度表示的是一种光学性质，反应水中微粒物质产生量，这是因为浊度表示的是一种光学性质，反应水中微粒物质产生光效应的物理量，其数值大小不仅受到水中分散颗粒数量支配，而光效应的物理量，其数值大小不仅受到水中分散颗粒数量支配，而且还受到水中分散颗粒大小、形状、折光系数等因素影响。且还

6、受到水中分散颗粒大小、形状、折光系数等因素影响。二、浊度及其测定二、浊度及其测定浊度反映了水中微粒物质所产生的光效应，因此就可以借浊度反映了水中微粒物质所产生的光效应，因此就可以借助光学方法来测定浊度。助光学方法来测定浊度。根据测定方法不同可分为：根据测定方法不同可分为：透射光浊度法透射光浊度法散射光浊度法散射光浊度法积分球浊度法积分球浊度法（一）透射光浊度及其测定方法（一）透射光浊度及其测定方法Ix-dIxI0IxITLxdx当光强为当光强为I0的光照射到溶液厚度为的光照射到溶液厚度为L的水样的水样假设假设dx薄层颗粒没有吸收，则因散射使透薄层颗粒没有吸收，则因散射使透色光强衰减了色光强衰减

7、了dIx，根据散射光强与光径和，根据散射光强与光径和入射光强成正比的原理，有：入射光强成正比的原理，有：kdxIdIxxkdxIdIxx即：即：入射光通过单位长度水样的衰减系入射光通过单位长度水样的衰减系数数k，即为透射光浊度，即为透射光浊度 由此可见透射光浊度的测量完全符合比尔定律，所以可以用由此可见透射光浊度的测量完全符合比尔定律，所以可以用紫外可见分光光度计、可见分光光度计等测量。紫外可见分光光度计、可见分光光度计等测量。注意事项：注意事项：由于采用透射法测浊度时，水样的透光度的下降是由由于采用透射法测浊度时，水样的透光度的下降是由于水中微粒物质对光的散射造成的，而物质对光的吸收没有包含

8、于水中微粒物质对光的散射造成的，而物质对光的吸收没有包含在内，当水中存在吸收物质时，测量结果将会偏大，应消除因色在内，当水中存在吸收物质时，测量结果将会偏大，应消除因色度引起的误差。一般色度的影响主要是水中含有有机物质，它们度引起的误差。一般色度的影响主要是水中含有有机物质，它们对对500nm以下的光有明显的吸收，所以在采用透射光测浊度时以下的光有明显的吸收，所以在采用透射光测浊度时应该选用应该选用660nm以上的单色光比较合理。以上的单色光比较合理。LIIxxkdxIdIT00)(ln00kLTTeIIkLII或kLIIAT303.21lg0（二）散射光浊度及其测定仪器（二）散射光浊度及其测

9、定仪器1. 概念：概念：根据水中微粒物质的光散射特性来确定的浊度根据水中微粒物质的光散射特性来确定的浊度此测量方法已成为国际标准此测量方法已成为国际标准2. 分散物系中散射光的特性：分散物系中散射光的特性：在有大量微粒子组成的悬浮物系中，不同粒子对光的散射在有大量微粒子组成的悬浮物系中，不同粒子对光的散射效应不同，随着效应不同，随着d/d/的增大，前角散射光增强，后角散色的增大，前角散射光增强，后角散色光减弱。因此，散射光浊度与散射光的接收角有关。光减弱。因此，散射光浊度与散射光的接收角有关。另外，也与光源的光谱特性有关。另外，也与光源的光谱特性有关。使用光谱能量曲线不同的光源或使使用光谱能量

10、曲线不同的光源或使用同一光源在不同的角度接收散射用同一光源在不同的角度接收散射光，其强度都不会相同。所以国际光，其强度都不会相同。所以国际标准标准ISO7027规定测量浊度时采用规定测量浊度时采用90或或270 角接收，入射波长在角接收，入射波长在660nm左右。可采用积分的方法提左右。可采用积分的方法提高测量的灵敏度高测量的灵敏度,同时可避免散射同时可避免散射角度不同而引起的差异角度不同而引起的差异.3. JZ-型激光浊度仪型激光浊度仪（1）概述：该仪器为实验室型柱积分式散射光测浊仪。光源采）概述：该仪器为实验室型柱积分式散射光测浊仪。光源采用用He-Ne激光器，激光的波长在激光器，激光的波

11、长在632.8nm，可消除有机物对光的，可消除有机物对光的吸收而造成的干扰。吸收而造成的干扰。激光光源的特点：单色性好，能量集中、准直性好，可省去复激光光源的特点：单色性好，能量集中、准直性好，可省去复杂的光学系统杂的光学系统产生激光基本条件产生激光基本条件(1) (1) 粒子数反转分布，粒子数反转分布，就要使处于激发态的原就要使处于激发态的原子数大于低能态上的原子数子数大于低能态上的原子数 为了使工作物质实现粒子数反转，我们可以从外界输入能量，把低能级上为了使工作物质实现粒子数反转，我们可以从外界输入能量，把低能级上的原子激发到高能级上去，这个过程叫做激励（又叫泵浦或抽运）。泵浦的原子激发到

12、高能级上去，这个过程叫做激励（又叫泵浦或抽运）。泵浦的方法有光照（光泵）、放电（电泵）、化学反应（化学泵）等。的方法有光照（光泵）、放电（电泵）、化学反应（化学泵）等。 只有具有亚稳态能级的工作物质，才能实现粒子数反转。只有具有亚稳态能级的工作物质，才能实现粒子数反转。 四能级系统四能级系统（2）主要技术指标：）主要技术指标：基本误差：基本误差： 1 1最小耗样量：最小耗样量：101020mL/20mL/样次样次连续测定时水样流量：连续测定时水样流量：303040mL/min40mL/min仪器最小分度：仪器最小分度：0.02FTU0.02FTU（3）仪器测量原理）仪器测量原理为使仪器所测浊度

13、能反映微粒集合对光散射的综合效果，提高为使仪器所测浊度能反映微粒集合对光散射的综合效果，提高测量灵敏度，该仪器采用柱积分方式对散射光进行光电转换。测量灵敏度，该仪器采用柱积分方式对散射光进行光电转换。在试样无光吸收的情况下，散射光强在试样无光吸收的情况下，散射光强I可表示为可表示为ILI0ITTIII0):(0kLTeII因为)1(0kLeII当浊度较小、光程较短时，当浊度较小、光程较短时，kL1，有：，有：kLII0散射光浊度散射光浊度电路组成电路组成(4)仪器组成：仪器组成：由检测系统、输液系统、微机系统、放大由检测系统、输液系统、微机系统、放大电路、压频转换电路和输出电路等组成电路、压频

14、转换电路和输出电路等组成检测系统检测系统:由激光管、分光镜、比浊管、参比光电池、光电由激光管、分光镜、比浊管、参比光电池、光电管组、同步电机等组成。管组、同步电机等组成。参比光的作用：参比光的作用：削除激光强度削除激光强度波动对测量的影响。波动对测量的影响。输液系统：输液系统：蠕动泵、输液管、蠕动泵、输液管、比浊管、切换阀组成比浊管、切换阀组成激光光源激光光源激光器电源激光器电源检测器检测器信号转换电路信号转换电路单片机系统单片机系统显示器显示器步进电机步进电机蠕动泵蠕动泵DC220VAC比浊管比浊管水样入口水样入口水样出口水样出口信号转换电路信号转换电路信号放大电路信号放大电路单片机系统单片

15、机系统显示器显示器台式浊度仪的组成台式浊度仪的组成1.原理：用前角散射光的总和与透射光强的比值来表示的浊度。原理：用前角散射光的总和与透射光强的比值来表示的浊度。（三）积分球浊度及其测定方法（三）积分球浊度及其测定方法2.积分球浊度的特征：积分球浊度的特征：当光透过水样时，同时存在吸收和散射当光透过水样时，同时存在吸收和散射设：设：h水样对光的吸收系数水样对光的吸收系数 k表示水样浊度表示水样浊度则光通过厚度为则光通过厚度为dx的水层后，透射光的的水层后，透射光的改变量改变量dIx可表示为：可表示为：dxkhIdIxx)(解微分方程得：解微分方程得：xhkxAeI)(将两边界条将两边界条件代入

16、有：件代入有：LhkTeII)(0散射光强度计算方法：当散射光强度计算方法：当dx薄层水样产生的散射光强薄层水样产生的散射光强dI正比正比于此处的入射光于此处的入射光Ix和和dx，即：，即：kdxIdIxxhkxeII)(0kdxeIdIxhk)(01 )(00)(00LhkLxhkIehkkIkdxeIdII将将I除以除以IT得散射光强与透射光强之比有：得散射光强与透射光强之比有： 1)(LhkTehkkII泰勒展开整理有：泰勒展开整理有：当当L1时，取时，取一次项作简化一次项作简化kLLhkhkkIIT)(在浊度较小在浊度较小,吸收较弱及光程较短的条件下吸收较弱及光程较短的条件下,即即(h

17、+k)L1时，积时，积分球浊度与入射光的强度变化无关，且不受水样色度的影响。分球浊度与入射光的强度变化无关，且不受水样色度的影响。若接收散射光和透射光的两个光电元件对称性良好，则它们性若接收散射光和透射光的两个光电元件对称性良好，则它们性能的渐变对测量结果的影响极小能的渐变对测量结果的影响极小2.积分球浊度仪积分球浊度仪三、浊度单位三、浊度单位(Turbidity Units)度（度（mg/L）：）：以硅藻土或高岭土作为浊度标准液时，以含以硅藻土或高岭土作为浊度标准液时，以含1mg/L1mg/L硅藻土或高岭土悬浊液为硅藻土或高岭土悬浊液为1 1度。国内外采用硅藻土或高岭土度。国内外采用硅藻土或

18、高岭土配置浊度标准溶液的方法并不一致，而且是天然矿物不同商品批配置浊度标准溶液的方法并不一致，而且是天然矿物不同商品批号其质量不可能一致，因此可比性差。一般用于浊度较高、粘度号其质量不可能一致，因此可比性差。一般用于浊度较高、粘度要求不高的浊度测定。要求不高的浊度测定。杰克逊烛光浊度（杰克逊烛光浊度（JTU:Jackson Turbidity Units ）：由由玻璃管、标准蜡烛（蜂蜡和鯨蜡制成）燃烧速度控制玻璃管、标准蜡烛（蜂蜡和鯨蜡制成）燃烧速度控制在在114126g/h。测量要在暗室中进行，将水样慢慢注。测量要在暗室中进行，将水样慢慢注入玻璃管内并从玻璃管上口向下观察烛焰图像，直至入玻璃

19、管内并从玻璃管上口向下观察烛焰图像，直至图像消失为止。再从玻璃管内吸出图像消失为止。再从玻璃管内吸出5水样，若这时水样，若这时能看清火焰图像，则上述液柱高度可信，读出原液柱能看清火焰图像，则上述液柱高度可信，读出原液柱高度，查表求出浊度值。高度，查表求出浊度值。7.6cm福马肼浊度（福马肼浊度（FTU:Formazin Turbidity Units）：）：国际上逐渐采用国际上逐渐采用人工合成的悬浮物福马肼作为浊度标准。将一定比例的硫酸联胺人工合成的悬浮物福马肼作为浊度标准。将一定比例的硫酸联胺和六次甲基四胺（乌洛托品）溶液混合，配制成一种具有光散射和六次甲基四胺（乌洛托品）溶液混合，配制成一种具有光散射特性的无定形白色凝聚物。在一定的操作条件下