Trübung

Die Trübung ist ein subjektiver Eindruck, hervorgerufen durch in der Regel kleine Partikel, dessen Gesamtheit durchaus objektiv gemessen werden kann. Die Trübung ist ein grundlegender Indikator für die Wasserqualität und wird seit Jahrzehnten speziell bei der Trinkwassergewinnung gemessen. Bei den objektiven Messverfahren wird ein Lichtstrahl mit definierten Eigenschaften durch die Probe geschickt und das durch Partikel resultierende Streulicht gemessen. Die Quantifizierung erfolgt durch entsprechende Standards, die in gleicher Weise gemessen werden.

Jedes Partikel einer Probe, welches zur Streuung des einfallenden Lichtstrahls (in der Regel von einer Halogenlampe, Leuchtdiode oder Laserdiode) führt, trägt auch zur Trübung bei. Deshalb ist es das Ziel einer Filtration bei der Trinkwassergewinnung, alle Partikel aus dem Produkt zu entfernen. Wenn alle Filtrationssysteme ordnungsgemäß funktionieren und mit einem Trübungsmessgerät überwacht werden, wird man einen niedrigen stabilen Messwert sehen können. Es gibt Trübungsmessgeräte, die nicht für sehr kleine Messwerte geeignet sind. Bei denen können kleine Messwertänderungen nicht vom Grundlinienrauschen des Gerätes unterschieden werden. Beginnende Filterdurchbrüche werden möglicherweise nicht rechtzeitig erkannt.

Das Grundlinienrauschen eines Messgerätes setzt sich immer kumulativ aus allen Störungen die prinzipiell vorkommen können zusammen. Das sind z.B. das elektronische Rauschen, Fremdstreulicht, Rauschen der Lichtquelle, Störungen in der Probe u.a.. Es wird deshalb versucht, alle diese Komponenten möglichst klein zu halten.

In den letzten zehn Jahren wurden neuere laserbasierte Techniken für die Trübungsanalyse entwickelt und haben sich als eine sehr empfindliche Methode zur Überwachung der Filterleistung erwiesen. Laser-Trübungsmessgeräte sind optimal für saubere Wasserproben geeignet, da sie einen verbesserten optischen Aufbau besitzen, welcher eine höhere Empfindlichkeit und Grundlinienstabilität bietet.

Unsere Laser-Trübungsmessgeräte nutzen, wie der Name sagt, einen Laser als Lichtquelle, der einen monochromatischen, fokussierten Lichtstrahl durch die Probe schickt. Die hohe Leistungsdichte führt zu einer optimalen Interaktion mit den in der Probe vorhandenen Partikeln. Das Streulicht wird exakt gemessen. Durch eine komplett optimierte Optik wird ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis erreicht. Die Empfindlichkeit der Messung wird erhöht, was im Besonderen der Messung im niedrigen Messbereich zugute kommt.

Die Einführung von Laser-Trübungsmessgeräten hat zu einer verbesserten Erkennung von Störungen bei der Filtration geführt. Prozessmessungen konnten somit weiter stabilisiert werden. Generell muss beachtet werden, das Absolutwerte bei der Trübungsmessung immer nur auf der Basis von gleichen Methoden miteinander verglichen werden können. Trotz weitgehender Normierung der Trübungsmessungen können Ergebnisunterschiede auftreten, wenn mit verschiedenen Messmethoden gearbeitet wird. Auch deshalb kommt der Kalibrierung der Messgeräte eine hohe Bedeutung zu. Nur bei einer exakten Kalibrierung mit hochwertigen Standards können auch präzise Ergebnisse erzielt werden.

Die Problematik eines allgemein gültigen Standards für die Trübungsmessung ist durchaus schwierig. Ein Standard müsste theoretisch die Verhältnisse aller denkbaren Proben in Bezug auf Partikelform, Partikelgröße, Partikelfarbe, Färbung der Lösung usw. abbilden. Da das nicht möglich ist, gab es in der fernen Vergangenheit viele verschiedene Trübungsstandards. Durch die Normengebung in den letzten Jahrzehnten hat sich eine Suspension von Formazin als Standard in den meisten Ländern der Welt durchgesetzt. In Europa richten sich alle Trübungsmessungen nach der DIN EN ISO 7027 "Wasserbeschaffenheit - Bestimmung der Trübung - Teil 1: Quantitative Verfahren". Hier wird Formazin als Primärstandard vorgeschrieben.

Formazin ist eine Verbindung, die durch eine Reaktion von Hydrazinsulfat mit Hexamethylentetramin unter definierten Bedingungen entsteht. Bei Einhaltung einer Reaktionvorschrift, die in der DIN EN ISO 7027 beschrieben wird, entsteht eine Formazinsuspension mit einem definitionsgemäß festgelegtem Wert von 4.000 NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Daraus werden die erforderlichen Standardkonzentrationen durch Verdünnung hergestellt. Primär-Formazinstandards können unter der Bezeichnung "StablCal" in unterschiedlichen Verdünnungen bei Hach gekauft werden. Sie sind gebrauchsfertig und können sofort zur exakten Kalibrierung von Trübungsmessgeräten eingesetzt werden.

Neben der wichtigen Kalibrierung von Trübungsmessgeräten mit dem Primärstandard Formazin, ist es durchaus üblich für eine schnelle Verifizierung der Kalibrierung einen Sekundärstandard zu verwenden. Sekundärstandards sind in der Regel etwas leichter zu handhaben und sind länger haltbar. Bei Hach haben sich die sekundären Standard-Kits "Gelex" sehr bewährt.

Sekundärstandards wie "Gelex" sind nicht zur Kalibrierung von Trübungsmessgeräten geeignet und auch nicht zugelassen. Sie werden auf mit Formazin kalibrierten Messgeräten eingemessen und dienen danach zur schnellen unkomplizierten Überprüfung der Kalibrierung. Wenn bei einer täglichen Überprüfung der Messgeräte mit einem "Gelex" Sekundärstandard eine unzulässige Abweichung vom Sollwert festgestellt wird, kann das auf einen Fehler im Messsystem hinweisen. Entsprechende Überprüfungsmaßnahmen können dann eingeleitet werden.

StablCal Formazinstandards basieren auf der Herstellungsvorschrift der DIN EN ISO 7027 und sind zusätzlich stabilisiert. Dadurch ist es möglich, verschiedene Konzentrationen für alle denkbaren Anwendungsfälle anzubieten. In unterschiedlichen Verpackungsgrößen und -formen können viele Konzentrationen von 0,1 NTU bis 4000 NTU geliefert werden. Für besondere Anwendungsfälle haben wir sogar einen Standard mit 7.500 NTU.

Die Vorteile der stabilisierten Formazinstandards für den Anwender sind offensichtlich:

• Es entfällt der relativ große Aufwand der Herstellung der Formazin.
• Suspension nach DIN EN ISO 7027.
• Es entfällt die Notwendigkeit der Herstellung von exakten Verdünnungen der Formazin-Suspension.
• Die nach DIN EN ISO 7027 hergestellte Formazin-Suspension und besonders die entsprechenden Verdünnungen haben nur eine sehr begrenzte Haltbarkeit.
• StablCal Formazinstandards sind lange haltbar und sind in vielen Konzentrationen verfügbar.
• StablCal Formazinstandards sind auch in dauerhaft verschlossenen Küvetten verfügbar. Der Anwender kommt bei der Messung nicht in Kontakt mit dem Formazin.
• Dauerhaft verschlossene Kalibrierküvetten sind sehr gut für Kalibrierungen unter Nicht-Labor-Bedingungen geeignet.

Bei der Messung von sehr großen Trübungswerten (etwa 2000 NTU und höher) reicht die klassische nephelometrische Messung, also die Messung des Streulichts in einem Winkel von 90° zum einfallenden Lichtstrahl, in der Regel nicht mehr aus.

Darüber hinaus kann eine Färbung ein wesentlicher Störfaktor bei ultrahohen Trübungsmessungen sein. Aufgrund des Einflusses der Probenfärbung ist die Anwendung einer strikten nephelometrischen Trübungsmessung (ausschließlich 90° Streulicht) begrenzt, insbesondere in industriellen Prozessen, bei denen Getränke, Lebensmittel, Zellkulturen und dispergierte Öle eine Rolle spielen.

Um auch Proben im hohen Messbereich optimal messen zu können, hat Hach das Ratio-Messverfahren bei der Trübungsmessung entwickelt. Bei diesem erfolgt die Messung nicht nur in einem Winkel von 90° zum einfallenden Lichtstrahl. Es wird zusätzlich das Durchlicht (180°), das Vorwärts-Streulicht (150°) und das Rückwärtsstreulicht (42°) gemessen. Das Ganze passiert bei den entsprechenden Messgeräten automatisch. Die einzelnen Streulichtanteile werden auch wieder automatisch nach einem speziellen Algorithmus verrechnet. Auf diese Weise können auch im Messbereich von 1.000 bis 10.000 NTU sehr exakte Ergebnisse erzielt werden.

Durch diese spezielle Ratio-Technologie ist Hach in der Lage Messgeräte anzubieten, die im gesamten Messbereich von 0.001 bis 10.000 NTU sehr exakt arbeiten. Leistungsmerkmale sind Stabilität der Messungen, Empfindlichkeit sowie geringes Fremdstreulicht.

Sehr hohe Trübungsmesswerte müssen in unterschiedlichen Industriezweigen gemessen werden. Als Beispiele seien genannt, die milchverarbeitende Industie, die Farbherstellung (Pigmentverteilung), die Papier- und Zellstoffverarbeitung sowie die Erzaufbereitung.

Sehr hohe Trübungen werden oft gemessen wenn indirekt die sogenannten "gesamten suspendierten Feststoffe", abgekürzt TSS (total suspended solids) ermittelt werden sollen. Wenn eine Korellation zwischen TSS und Trübung vorliegt, können die Feststoffe sehr einfach, schnell und kontinuierlich über eine Trübungsmessung ermittelt werden. Die Korrelation wird ermittelt, indem bei unterschiedlichen Feststoff-Konzentration (die gravimetrisch ermittelt wurden) jeweils die Trübungswerte gemessen werden. Die erhaltenen Wertepaare werden verrechnet und daraus eine Korrelation ermittelt. Die Ergebnisse der Trübungsmessung können dann direkt als TSS ausgegeben werden.