罗威邦® 激光在线浊度仪 PTV6000 为何能突破浊度检测极限

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德国罗威邦® Lovibond® PTV6000 激光在线浊度仪，具有先进的光学系统，在水质浊度监测过程中展现出高度稳定性。本文从激光光源角度解析为何激光在线浊度检测能够进一步突破极限，成为水处理过滤系统监测一个关键参数。

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本文要点

  • 激光浊度仪工作与粒子计数器类似，但校准维护容易。

  • 激光浊度仪测试曲线波动大，标准差（RSD）是分析参数之一。

  • RSD 分析可检测到单个透过颗粒，是过滤系统失效的前兆。

  • 激光浊度仪适用于极低浊度水质，细微浊度变化和过滤优化。

PTV6000 激光在线浊度仪光学系统采用 660 nm 激光二极管作为入射光源。激光输出高度准直和集中的能量束，与浊度测量的普通光源相比，能量密度要高得多。传统浊度仪使用普通光束，能够检测水样中约 1.0 μm 以上的颗粒。激光浊度仪能够检测 0.01 μm 大小的颗粒，因此得以检测出过滤系统中的微小裂缝。

PTV6000 激光，PTV2000 红光，PTV1000 红外光*，PTV1000 白光， *红外光肉眼不可见

浊度是在一定分析体积内检测到的所有不溶性物质（主要是颗粒）的总值。该分析体积即散射光检测器视场与入射光柱形成的体积。分析体积内充满水样，其组成粒子共同散射入射光。当水样稳定时，散射光也稳定，浊度读数稳定。当水样组成发生变化时，浊度读数也随之发生变化。

如果流入分析体积的水样颗粒物增加量大于流出水样，浊度升高。除了检测浊度数值本身，由于浊度数值的波动会因浊度条件变化而增加，浊度波动也是浊度检测的一个重要参考值。这种波动通常用标准差或相对标准偏差 (RSD) 来衡量。实践证明 RSD 可提高不同过滤系统中细微裂缝监测的灵敏度。[1] 浊度 RSD 的应用应基于每个水处理厂的设计和操作参数。一般来说，RSD 值小于 1% 表示过滤系统稳定，超过 1% 表明颗粒泄漏。

若样品稳定且颗粒物少，粒子浓度的轻微增加将分散在分析体积内，对散射光强影响不大。普通浊度仪光源密度低，分析体积较大，灵敏度低。

Laser 激光 vs 普通 LED

  • 能量密度高，分析体积小

激光光源光束平行且集中，分析体积小，分析体积内的光束密度要高得多。当单个粒子进入分析体积，散射光能量高，对浊度的微小变化有较强的响应。PTV6000 激光浊度仪采用高能量激光光束，响应度可比普通光源浊度仪高两个数量级。

  • 信号曲线波动大，尖峰，灵敏度高
本质上，激光浊度仪与粒子计数器相似，可以检测到穿过分析体积的单个粒子，在检测信号曲线中表现为尖峰。浊度信号基线不变，由曲线上尖峰的频率得到净水中颗粒浓度的变化，这是非激光浊度计难以检测到的。
  • 杂散光更低，检测限更低
激光浊度仪可检测出水样中单个或极低浓度颗粒，因此在极低浊度水的浊度检测中更为有效。例如膜处理出水，或传统过滤系统针对性优化实践等需要高灵敏度浊度检测的应用。
  • 标准差 (RSD) 预警
激光浊度监测信号 RSD 随浊度增大而增大，RSD 分析可提高过滤系统中细微裂缝监测的灵敏度。
研究人员在膜过滤水中加入含 0.5-0.15 NTU 浊度的沉淀水水样测试 PTV1000 白光、PTV2000 红光 和 PTV6000 激光在线浊度仪 对浊度变化的灵敏度。PTV6000 激光在线浊度仪检测信号峰值更强，响应性更及时。

PTV 系列在线浊度仪对无浊水浊度突变信号图

罗威邦 PTV6000 激光在线浊度仪实际应用与比较

下图是罗威邦® Lovibond® PTV6000 激光在线浊度仪、PTV1000 白光在线浊度仪 和 PTV2000 红光在线浊度仪 在美国科罗拉多州地表水过滤厂对同一出水水样的浊度监测信号图。
PTV 系列在线浊度仪监测过滤过程浊度信号变化图

随着过滤装置过滤颗粒物增加，出水水样浊度升高，浊度标准差上升

过滤器使用初期，三台浊度仪监测到的浊度信号都十分稳定。浊度基线数值的不同由仪器的监测信号的杂散光决定，激光在线浊度仪的杂散光较低。
过滤一定时间后，浊度测量值都增加，并且由于较大颗粒透过过滤装置进入出水，浊度信号波动增加。与 PTV1000 白光 和 PTV2000 红光 相比，PTV6000 激光在线浊度仪信号中有更强的响应尖峰。随着过滤继续运行，通过过滤装置的颗粒数量增多，浊度增加。激光在线浊度仪除了浊度基线整体上升外，波动程度继续增加。
PTV 系列在线浊度仪监测过滤过程浊度信号变化图放大图
普通光源在线浊度仪和激光在线浊度仪的杂散光差别在任意浊度条件下都存在。对于由浊度数值决定过滤装置寿命的水处理厂来说，激光在线浊度仪不但能获得更低更准确的浊度监测数值，并且可相对延长过滤装置使用寿命。

罗威邦PTV6000 激光在线浊度仪应用

激光浊度仪可检测出水样中单个或极低浓度颗粒，因此在极低浊度水的浊度检测中更为有效，常用单位为 mNTU。例如膜处理出水，或传统过滤系统针对性优化实践等需要高灵敏度浊度检测的应用。

  • 膜过滤：RSD检测纤维断裂引起的细微浊度变化；

  • 常规过滤优化：显示过滤进程的详细信息与脱落颗粒；

  • 反渗透：检测裂缝和密封性；
原文作者
Principle Manager of R&D, Water Quality Products
研发主管，水质产品

三十多年来，Mike 专注于浊度仪器和相关标准的设计和应用，获得多项有关浊度仪、浊度仪校准和验证的简便产品及方法的专利。Mike 是 ASTM（美国检测与材料协会） D19 水委员会的前任主席，目前在 ASTM 浊度分委会和 ISO TC147 水质委员会任职。他是 AWWA（美国自来水厂协会）C671 标准编委之一，该标准是在线浊度仪操作及维护的指南。

Mike Sadar 相关研讨会 ↓

点击查看罗威邦 PTV 在线浊度仪 相关文章 ↓

参考资料

[1] Sadar, M and Bill, K., 2001. UsingBaseline Monitoring Techniques to Assess Filter Run Performance and PredictFilter Breakthrough. Proceedings from the 2001 Water Quality TechnologyConference, Nashville, Tennessee.

[2] Lovibond® PTV series flyer

[3] Laser Advantage - Webinar by Mike Sadar

“很少有公司能够维持130多年的生命力。我们之所以能够做到这一点，由于遍布全球的用户对我们产品的认可，和我们始终致力于保持产品品质的决心。” (C.P.Voss, CEO)

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