浊度测量的方法与原理
一束平行光在透明液体中传播，如果液体中无任何悬浮颗粒存在，光束在直线传播时不会改变方向；若液体中有悬浮颗粒，不管颗粒透明与否，光束在遇到颗粒时会改变方向，形成各个方向上的散射光，颗粒越多即浊度越高，对光束的散射作用就越大。但液体中颗粒和颗粒之间肯定会存在间隙，肯定也有部分光束从液体中颗粒之间的间隙透射出来，这部分光我们称之为透射光。如果液体色度为零，那么理论上散射光与透射光之和即等于入射光，实际上液体中的显色物质对对部分入射光存在吸收。根据测量不同来源的出射光强度可以将采用仪器测量浊度的方法分为三类：散射光测量法，透射光测量法以及散射光-透射光测量法。
1、散射光测量法
浊度计是根据散射光测量法的原理设计的。测定原理基于：对于低浓度样品，浊度S,入射光强度I0 ,散射光强度I,仪器常数k，样品池光程长度b，样品中颗粒C之间有如下关系：
S=-lg(I/ I0)=kbC
当光射入水样时，构成浊度的颗粒物对光发生散射，散射光强度与水样的浊度成正比。根据标准ISO7027-1984设计的便携式浊度计，测量的是与入射光成90度的散射光强度，采用钨灯光源，LED发射高强度880nm波长的近红外光，将光电传感器放在与发射光垂直的位置上，用微电脑进行数据处理，可进行自检和直接读出水样NTU值，检测范围为0-4000NTU。
2、透射光测量法
分光光度计是根据透射光测量法的原理设计的，入射光波长选定为680nm。测定原理基于朗伯-比尔定律：数学表达式
A=lg(1/T)=kbC
A为吸光度,T为透射比,是透射光强度比上入射光强度 k为摩尔吸收系数。它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关。C为吸光物质的浓度 b为吸收层厚度。物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度A与吸光物质的浓度C及吸收层厚度b成正比。
当用分光光度计测量水样浊度虽然在测量结果上与浊度计并无太大差异，在数学表达式上也是一样。但理论上却存在明显漏洞，原因就在于，入射光在通过水样的过程中损失掉一部分光，而zui终出射剩下的光即透射光。上面已经讨论过，损失掉的这部分光一部分是被散射掉了，一部分是被吸收掉了，如果以透射光测量法来测量样品的浊度，一是不符合体现颗粒物对光的散射作用，二是没有考虑到样品中存在的其他物质对光的吸收作用。用分光光度计法来测定水样的浊度仅仅只是简单的认为损失掉的那部分光全是由水样中颗粒物的作用造成的，没有揭示出水样中存在颗粒物使其具有浊度这一性质的机制。这种方法在我国也仅适合测定在低色度条件下较高浊度的水样。美国环境监测管理机构并不承认这种方法的有效性，也违背了美国公共卫生协会对浊度的定义。结合我国实际，随着对环境标准的要求越来越严，我们也要尽可能不要采用这种方法来测定水质浊度。
3、目视比浊法
这是比较原始但却在某些特殊条件下也是浊度测量的一种有效方法。将人的肉眼当做检测器，用浊度标准溶液稀释成密集的梯度系列，从中检视出与待测水样浊度接近的两个系列，由此估算出水样的浊度。此方法不需要原理复杂的仪器，不需要花很多钱购买仪器，对于想搞科研但又经济条件有限个人，还有着较多的应用领域。
4浊度在线监测和比浊滴定法
随着检测技术的越加自动化和智能化，市场上已经出现了在线浊度分析仪，该仪器采用双光束红外和散射光光度计检测技术，该技术以散射光-透射光测量法为原理，基于同时测量散射光和透射光强度，根据散射光和透射光或二者之和的比值大小来测定浊度，这样测出来的浊度受水样的色度影响较小。对于自来水厂中滤池反冲洗水浊度，原水及沉淀池出水浊度以及工业生产过程循环冷却水浊度的监测具有相当优势。
该仪器双检测器光学系统可补偿样品颜色，光波动及杂散光的影响，配有样品过滤和脱气装置，在仪器测量探头内部，位于45度角有一个内置的LED钨灯光源，可以向样品发射880nm的近红外光，该光束经过样品中悬浮颗粒的散射后，与入射光成90度的散射光由该方面的检测器检测并经过内置的微电脑计算，从而得到样品的浊度，且测量探头还具有自清洗功能。检测范围为0-4000NTU。
比浊滴定法主要是用于测定能形成悬浮体的沉淀物质,例如微量磷、硫、氯和钙等的测定,生物碱沉淀试剂形成的混浊也可用此法测定。这是根据悬浮体的透射光或散射光的强度以测定物质组分含量的一种分析方法。当光线通过一混浊溶液时,因悬浮体选择地吸收了一部分光能,并且悬浮体向各个方面散射了另一部分光线,减弱了透过光线的强度。
在水质监测和管理过程中，比浊法常用于测量饮用水、工业用水、废水的透明度；也用于测量空气及其他各种气体中悬浮固体的含量，是空气和水污染研究的一种工具。在酿造工业中，比浊法常用于各种饮料澄清过程的控制和过滤过程的监控。在分析化学上，可通过生成悬浮沉淀的反应产物来测定某些元素的浓度,例如,通过生成硫酸钡悬浮物来测定Ba2+ 或硫酸根,以及在煤、焦炭、油、橡胶中的总硫量；通过生成硫化银和氯化银悬浮物来测定Ag+或Cl-；在容量分析中,浊度测量也可用于确定滴定终点，如用钙盐滴定氟化物、用银盐滴定溴化物、用钡盐滴定硫酸盐等。在生物化学中，比浊法广泛用于测定液体食品中的生长量及氨基酸、维生素和等。根据悬浮体系中粒子的沉降速度与其半径的平方成正比的原理，比浊法可用于不同大小粒子沉降速度的监测和粒子大小的分类。
讨论
一般污染水中的物质除了大部分能溶于水之外，还有一部分不溶于水的，它们悬浮在水中，影响水中植物的光合作用，从而导致水中溶解氧不足，进而导致水中好氧微生物对水体的自净能力，水体营养过剩，则会导致水体进一步富营养化，蓝藻大面积爆发，鱼类大面积死亡，形成生态环境破坏的恶性循环。因此，测定水的浊度，悬浮物，溶解性固体等颗粒类指标对改善水环境有重要意义。
除了浊度，水中颗粒的粒径也是一项重要指标，粒径的大小直接关系到颗粒物在水中的沉将速率，对于水质净化中使用物理手段有决定意义。通常测定粒度可以选用德国贝克曼库尔特公司和美国马尔文公司的激光粒度测定仪。
光散射存在三种类型：丁铎尔散射，瑞利散射和拉曼散射。当样品中颗粒大于或等于入射光波长时，发生丁铎尔散射；当样品中颗粒远小于入射光波长时，发生瑞利散射和拉曼散射；只有当样品中颗粒大于或等于入射光波长，发生丁铎尔散射时，样品浊度才适宜用浊度计测量。若发生瑞利散射和拉曼散射，样品需用激光拉曼光谱仪测量。
本文标题： 水质浊度测定的4种方法及原理
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