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浊度:定义、原因、测量和示例

浊度

在我们的日常生活中,我们会遇到几种液体,例如水、油、饮料、药品等,它们被认为对我们的生存至关重要。监测这些液体的质量至关重要,因为它们的污染可能对人类健康造成严重影响。尽管有多种测试可用于监测此类杂质,但一种简单的方法是检查给定样品的浊度。浊度是指悬浮在任何液体中的颗粒所引起的浑浊或浑浊。它是一种介质的光学特性的表达,它导致光被散射和吸收,而不是通过样品沿直线传输。例如,在雨季,泥土和淤泥冲入河流使其变得更加浑浊,使光线在水面下散射,而不是从河床反射。浊度的测量是确定饮用水质量的重要因素。浊度测量可用于许多分析领域,以确定样品中悬浮颗粒的质量浓度,并用于一些简单的环境,例如粒度分布。除液体外,浊度(也称为雾度)这一术语也适用于塑料和玻璃等透明固体。

    浑浊的原因

    当光通过任何含有不均匀性的介质(例如,悬浮在液体中的固体)时,它会被构成的杂质吸收和散射,从而导致浑浊。对于自然资源中存在的水,这些杂质可以是:

    • 生长在开阔水域的浮游植物。

    • 建筑、采矿、农业等多种人类活动造成的泥沙侵蚀。

    • 水污染。

    • 大风和大雨造成的泥浆和淤泥侵蚀。

    • 藻华。

    然而,对于实际测量,浊度的量化取决于几个因素,包括

    • 悬浮在介质中的散射粒子的浓度。

    • 散射粒子的尺寸分布。

    • 散射粒子的形状、方向和表面状态。

    • 散射粒子的折射率。

    • 悬浮介质的折射率。

    • 所用光源的波长。

    浊度测量

    1865 年,意大利天文学家 Angelo Secchi 发ming了第一个浊度测量基准。它是一个直径为 30 厘米的纯白色圆盘,用于测量水体中的水透明度。圆盘安装在杆或线上,然后在水中缓慢下降。圆盘不再可见的深度被用来衡量水的透明度。该度量被称为 Secchi 深度,与水的浊度有关。自发明以来,Secchi 圆盘也被用于改进的、更小的 20 厘米(8 英寸)直径,采用黑白设计来测量淡水透明度。如今,多种客观分析仪器广泛用于各种科学、自然、工业和过程管理应用中的定量浊度测定,仪器的选择很大程度上取决于分析目的(例如,导出质量浓度、粒度分布、分子尺寸或晶体/细胞生长数据)。浊度测量方法主要分为两种技术:

    • 浊度法:它是通过量化已知初始强度的光束的衰减程度来测量浊度。它通常应用于散射颗粒较大的浊度较高的介质。光路中的悬浮物质会引起一些光能的散射和吸收,从而减少落在光电探测器上的入射照明。这些仪器通常更适用于相对混浊的样品,其中散射颗粒相对于所使用的光波长较大,因为需要显着降低入射光的强度才能产生精确的结果。

    • 浊度法:通过直接评估介质中发生的光散射程度来测量浊度。它更适合悬浮颗粒较小的低浊度介质。浊度仪直接测量样品散射的光强度,该强度与悬浮在光路中的物质量成正比。然而,散射粒子的尺寸、形状和折射率的影响非常重要,因为这些特性也控制光散射强度。

    与重量法相比,浊度法和浊度法在测定颗粒浓度方面具有相当大的省时优势。

    测量单位

    南大

    浊度测量的单位长期以来一直是非标准的。在 Secchi 的深度法之后,第一个正式的浊度测量是在一种叫做杰克逊蜡烛法的帮助下进行的。它本质上是一个安装在蜡烛上的垂直玻璃管。使用在蒸馏水中包含百万分之 1,000 (ppm) 硅藻土 (二氧化硅) 的标准参考溶液的稀释液来校准管上的刻度。管上的校准测量单位称为杰克逊浊度单位 (JTU)。如今,最常用的浊度单位是比浊法浊度单位(NTU),偶尔使用福尔马津比浊法单位(FNU),该单位是1962年开发的,以福尔马津聚合物溶液作为标准参考。

    浊度测量的应用

    浊度测量方法已在化学科学、制药科学、环境科学、食品和饮料工业、水文和地质科学以及医学科学等多个领域得到广泛应用。此外,浊度法和浊度法是必须执行、监控和控制过滤过程的成熟程序。河流、湖泊、水库、近岸带等中悬浮固体浓度的浊度测量是包括水文学家、湖沼学家、地球科学家、地貌学家、淡水生态学家、工程师、海洋学家、冰川学家和水资源管理者在内的几个学科的主要兴趣所在。在沿海地区,通过光学反向散射传感器高频监测水中的浊度有助于确定移动床沉积物所需的临界流速。了解此类阈值条件对于提高对海岸线过程及其相关生态系统的理解和管理非常重要。对于潮汐通道浊度和泥沙输送动力学尤其如此。此外,在化学和生物分析应用中,溶液中聚合物的绝对分子量和尺寸的计算以及悬浮物质的粒度测定通过浊度测量得到了促进。还可以通过观察向给定溶液中添加特定物质引起的浊度变化来获得化学谱。在微生物学中,可以通过与此类活动相关的培养基浊度变化来监测细胞和细菌的生长。在食品制造中,比浊法常用于监测产品质量和处理过程效率,尤其是监测乳制品中脂肪的产品质量。浊度也是石化行业的一个关键问题。

    饮用水浊度对健康的影响

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    随着人口的增加(以及随之而来的污染),饮用水的质量是一些政府最关心的问题。除了不美观之外,饮用水中的过度混浊也可能成为主要的健康问题之一。天然水资源浊度的增加伴随着对我们的健康有害的病原体的生长。尽管浊度不是健康风险的直接指标,但大量研究表明,浊度去除与原生动物去除之间存在密切关系。浊度颗粒通过减少微生物暴露于消毒剂的攻击,为微生物提供“庇护所”。微生物附着在颗粒材料上被认为有助于微生物存活。幸运的是,传统的水处理工艺如果操作得当,可以有效去除浊度。根据世界卫生组织饮用水质量指南,建议对要消毒的水,浊度应始终小于 5 NTU 或 JTU,理想情况下,中值小于 1 NTU。