Troebelheid

Troebelheid is de mate van verstrooiing of absorptie van licht in een vloeistof, veroorzaakt door de aanwezigheid van niet opgeloste deeltjes. Eenvoudig gezegd is het de mate van helderheid van een vloeistof. Bij een vloeistof met minder onopgeloste deeltjes neemt de helderheid toe, de toebelheid neemt omgekeerd evenredig af.

De eerste pogingen om troebelheid te quantificeren staan op naam van Whipple en Jackson. Met oplossing van 1000 PPM diatomeeënaarde in gedestileerd water, en verschillende verdunningen hiervan, ontstonden standaard oplossingen. Met deze oplossingen ontwikkelden zij een ppm silica schaal voor het kalibreren van troebelheidmeters.

Jackson paste deze PPM silica schaal toe op de bestaande diaphanometer en zo ontstond de welbekende Jackson Candle.

De Jackson Candle bestond uit een glazen buis met vlakke bodem die boven een kaars was geplaatst. Om troebelheid te meten werd de betreffende vloeistof langzaam in de buis gegoten. Zodra de kaarsenvlam van boven af gezien een uniform diffuus beeld vertoonde, was de troebelheid op de zijkant van de glazen buis afleesbaar. De troebelheid werd uitgedrukt in Jackson Turbidity Units (JTU)

Met de ontdekking van formazine in 1926 door Kingsbury en Clark werd de stabiliteit en nauwkeurigheid van de standaard oplossingen drastisch verbeterd. De eerdere Jackson Turbidity Units (JTU) werden vervangen door Formazine Turbidity Units (FTU).

De nadelen van de Jackson Candle zijn duidelijk. Het geel-rode licht van een kaars wordt minder effectief door fijne deeltjes verstrooid en de visuele meting is afhankelijk van de operator. Ook blijken bij lage troebelheden de verschillen in het directe doorzicht zowel visueel als met gevoelige optische componenten niet waarneembaar.

De oplossing is het meten van het verstrooide licht onder een hoek van 90°, dit is het nephelometrisch meetprincipe. De gemeten hoeveelheid licht is minder afhankelijk van de deeltjesgrootte en daarom de standaard voor troebelheidsmeting geworden. Om instrumenten volgens de nieuwe methode te onderscheiden van de voorgaande worden deze wel Nephelometers of Nephelometrische Troebelheid meters genoemd.

Bij troebelheids meting volgens de ISO7027 norm wordt infrarood lichtbundel met een golflengte van 860±30 nm en maximale convergentie van 1,5° de vloeistof ingezonden. Vervolgens wordt er onder een hoek van 90±2,5° de hoeveelheid verstooid licht gemeten waarbij de openingshoek van de detector niet meer dan 30° mag bedragen.

Troebelheid meters volgens ISO7027 worden met formazine oplossingen gekalibreerd. Formazine is een oplossing van hydrazine sulfaat en hexamethylene tetramine in ultrapuur water. Formazine standaarden kunnen eenvoudig in een laboratorium gemaakt worden en vormen een betrouwbare standaard voor alle troebelheidsmeters. Let op dat hydrazine sulfaat zeer giftig en kankerverwekkend is.

In de regel zijn formazine oplossingen onstabiel. Een oplossing van 4000 NTU is een jaar houdbaar, 400 NTU is een maand houdbaar terwijl 40 NTU wekelijks vernieuwd moet worden. Alles onder 10 NTU moet dagelijks aangemaakt worden.

Als alternatief kan gebruik gemaakt worden van AEPA-1 standaard. Dit is een oplossing van copolymeer, styrene en divinylebenzene in ultrapuur water. Deze standaard is stabiel, flocculeert niet en is niet giftig. De houdbaarheid. met name bij lagere troebelheden is beduidend langer. De prijs van deze standaard is hoger.

In de loop van de tijd zijn er verschillende eenheden voor troebelheid ontstaan gebaseerd op de naam van de uitvinder of methode van meten of kalibreren. De meest gebruikte eenheid in Nederland is NTU, FTU of FNU.

Troebelheid is een kwalitatieve meting die een waarde geeft aan de helderheid van het water. Omdat helderheid een optische waarneming is wordt troebelheid volgens een optisch meetprincipe bepaald. Zwevende stof concentratie is een kwantitatieve meting die aangeeft hoeveel massa drogestof zich in een hoeveelheid vloeistof bevind. Zwevende stof concentratie moet daarom via een gewichtsbepaling gemeten worden.

De ervaring is dat er een relatie bestaat tussen troebelheid en zwevende stof concentratie. Per lokatie en applicatie kan deze relatie echter verschillend zijn en in de loop van de tijd wijzigen. Dit is het gevolg van het feit dat veranderde eigenschappen van de onopgeloste deeltjes (vorm, grootte, structuur, transparantie) een ander effect op de optische meting heeft dan op de gewichtsmeting.

De meeste in-line troebelheidsmeters kunnen met behulp van een lokale kalibratie ook in mg/l of ppm weergeven. Deze kalibratie is enkel van toepassing in de applicatie waarin deze is uitgevoerd. Daarnaast kan deze kalibratie in de loop van de tijd verlopen door wijzigingen in de samenstelling in de structuur van de deeltjes die de troebelheid veroorzaken.