Turbidez

¿Cómo se elimina el color de la turbiedad?

Muchas muestras son turbias y coloradas. Cuanto más intenso es el color, más luz se absorbe y la turbidez parece ser mayor de lo que es. Por eso, la turbidez real se mide como luz dispersa por ejemplo, en un ángulo de 90°, donde sólo las partículas dispersan el haz de luz, sin ninguna influencia de coloración. En relación con la reducción general de la luz (0°) mediante colores intensos, se puede determinar exactamente la turbidez final (luz dispersa).

Definición de turbidez

En general, hay dos normas que describen el método de medición de la turbidez:

• Método EPA 180.1: luz blanca (400 - 680 nm)
• DIN EN ISO 27027: luz infrarroja (780 - 900 nm), típicamente 860 nm

Ambas normas describen el método de medición de la turbidez a 90° de dispersión de luz (nefelometría). Finalmente, la longitud del paso óptico, la concentración y el tamaño de las partículas tienen una influencia directa en el resultado de la medición de la turbidez. Además, una muestra que fluye muestra una turbidez diferente a la de una muestra en reposo. Las turbulencias dentro de una corriente de muestra causan pequeñas burbujas de aire dentro de la muestra, lo que también aumenta la turbidez.

Figura 10: Vea el ejemplo anterior de jugo de manzana claro y natural.

Dependiendo del tamaño de las partículas, la distribución de la luz dispersa puede ser diferente:

Figura 1 y 2: Influencia del tamaño de las partículas en la distribución de la dispersión de la luz

Por lo tanto, los dispositivos de medición de turbidez específicos tienen ángulos de detección adicionales, por ejemplo, 11-30°, para cubrir mejor las necesidades específicas de partículas pequeñas y grandes. Muchos años de experiencia en optek-Danulat GmbH han demostrado que en lugar de usar un ángulo de 25° para la detección de la dispersión de luz hacia adelante, el ángulo de 11° tiene ventajas sobre 25° para medir mejor las partículas grandes.

Calibración de turbidez

La calibración de los sensores de turbidez y de los medidores de laboratorio se define en las normas anteriores, utilizando por ejemplo soluciones estándar de formazina que cubren el rango de turbidez de interés. Mientras que la EPA describe NTU (Nephelometric Turbidity Units), la norma ISO utiliza FNU (Formazin Nephelometric Units) y FTU (Formazin Turbidity Units). La luz que pasa a través de la muestra se da como FAU (Formazin Attenuation Units). La formazina estándar resulta de una reacción química entre la hexametilenetetramina y el sulfato de hidracina:

Figura 4: Serie de estándares de turbidez basados en formazina

Figura 3: Estructura principal de formazina

Para controlar la función de una sección de filtro en el proceso de producción de zumo de manzana, se puede utilizar el sensor TF16-N. En el rango de longitud de onda NIR de 730 a 970 nm, el sensor mide el valor de absorción total. Como se muestra en el gráfico siguiente, el zumo de manzana claro puede diferenciarse fácilmente del zumo turbio y crudo. En caso de daños en el filtro, el aumento del valor de absorción indica directamente un problema en el proceso de filtrado. Es posible tomar medidas correctivas inmediatas.

Figura 5: La turbidez como ejemplo para el control de procesos - aquí el proceso de filtrado

Las mediciones de turbidez con un ángulo de detección de 90° (dispersión lateral) son más sensibles a partículas en el rango de tamaño de 0,1-0,5 µm, p. ej. coloides, razón por la cual este enfoque se utiliza y se describe comúnmente para mediciones de calidad en cerveza y agua potable.

Para mediciones de partículas en el rango de 0.5 - 5 µm sin embargo, ángulos más bajos son más apropiados para medir la intensa dispersión hacia adelante causada por partículas más grandes. Teóricamente, la relación señal / fondo más alta o la sensibilidad más alta se obtiene cuando se mide tan cerca de 0° como sea posible. Debido a las limitaciones técnicas dadas por la necesidad de separar la dispersión de la señal de transmisión del haz de excitación, el ángulo más bajo que se puede realizar es de 11°. En ángulos más bajos, los detectores de dispersión simplemente detectan la luz directa del haz de luz.

Figura 6: La representación de la madición con formazina, un estándar común de turbidez con una distribución de tamaño de partícula en el rango de 1 -2 µm, muestra claramente que la sensibilidad a 11° es más alta que la de los ángulos más altos, incluyendo 90°.

Las mediciones con perlas de poliestireno de tamaños definidos muestran que la medición a 11° es más sensible que una medición a 90°. Este efecto se hace aún más evidente cuando se miden partículas relativamente grandes en el rango de tamaño de las células (Figura 7). Cuando se miden coloides con un tamaño inferior a 0,2 µm la medición a 11° no tiene ninguna ventaja sobre la medición a 90°. Sin embargo, cuando hay que detectar partículas de mayor tamaño, una medición a 11° es mucho más sensible.

Figura 7: Señal de dispersión de 11° y 90° utilizando perlas de poliestireno de dos tamaños diferentes

Mientras que la medición de la dispersión de 11° es muy sensible a valores bajos de turbidez, la señal se satura e incluso se invierte a valores medios de turbidez debido a múltiples efectos de dispersión. Sin embargo, la señal de absorción a 0°, que es relativamente insensible a valores bajos de turbidez, muestra una respuesta lineal hasta altas concentraciones (Figura 8). La conexión de los dos enfoques en un solo sensor lleva a una combinación de alta sensibilidad con un amplio rango dinámico.

Figura 9: Óptica de turbidez / nefelometría con detectores para partículas pequeñas y grandes

Figura 8: Detección de la señal a 11° de dispersión y 0° de absorción