RO127232B1

RO127232B1 - Sistem turbidimetric portabil

Info

Publication number: RO127232B1
Application number: ROA201000739A
Authority: RO
Inventors: Sonia Gutt; Gheorghe Gutt
Original assignee: Universitatea "Ştefan Cel Mare" Din Suceava
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2017-02-28
Also published as: RO127232A2

Description

Invenția se referă la o structură fotometrică portabilă, destinată determinării in situ a concentrației suspensiilor din soluții, pe cale turbidimetrică sau pe cale nefelometrică.

în vederea determinării concentrației suspensiilordin soluții, sunt cunoscute și folosite două soluții bazate pe:

- măsurarea reducerii de intensitate suferită de o radiație incidență, ca urmare a împrăștierii difuze provocată de către particulele solide care se găsesc sub formă de suspensie în lichidul analizat. Măsurarea intensității radiației trecute prin probă se efectuează cu ajutorul unei fotocelule pe direcția radiației incidente, iar metoda poartă denumirea de Turbidimetrie;

- măsurarea intensității radiației împrăștiate, de către particulele solide ce se găsesc sub formă de suspensie în lichid analizat, la un anumit unghi, de regulă 90° sau 120°, față de direcția radiației incidente. Măsurarea intensității radiației împrăștiate difuz se efectuează cu ajutorul unei fotocelule, iar metoda poartă denumirea de Nefelometrie.

Atât valoarea reducerii de intensitate suferită de radiația incidență, cât și valoarea intensității radiației împrăștiate la un anumit unghi față de direcția radiației incidente de către particulele solide, care se găsesc sub forma de suspensie în lichid, sunt proporționale cu concentrația particulelor solide în suspensie și, ca atare, sunt potrivite pentru măsurarea turbidității soluțiilor. Ele se deosebesc însă ca domeniu de aplicare, astfel:

- pentru concentrații mici de particule în suspensie, este recomandată metoda măsurării intensității radiației împrăștiate la un anumit unghi. Valoarea limitei teoretice este situată la 10 FTU (FTU-Formazine Turbidity Unit). Liniarizarea electronică permite însă extinderea acestui domeniu până în jurul valorii de 2000 FTU;

- pentru concentrații mari este recomandată măsurarea pierderii de intensitate suferită de radiația incidență după trecerea prin soluția cu suspensii solide. Domeniul de măsurare acoperit este cuprins între 50 și 20.000 FTU.

în vederea determinării valorii de turbiditate, este nevoie de o soluție standard de turbiditate cunoscută. Legătura directă între valoarea turbidității și concentrația particulelor în suspensie se poate face numai atunci când suspensia folosită pentru calibrare este de aceeași natură cu natura suspensiei cercetate. în caz contrar, nu se poate stabili legătura directă între valoarea turbidității și concentrația particulelor în suspensie, deoarece valoarea măsurată a acesteia mai depinde, în afară de numărul particulelor, de mărimea acestora și de indicele lor de refracție, iar atunci când este necesară compararea de valori măsurate cu diferite aparate, acest lucru se poate face numai atunci când se folosește aceeași lungime de undă a radiației incidente, același unghi de măsurare a radiației de împrăștiere, aceeași compensare a culorii și aceeași calibrare. Pentru efectuarea de măsurători comparabile de turbiditate, s-a creat o soluție standard de turbiditate, denumită Formazină. Toate unitățile de turbiditate se referă la valori precise de diluție ale Formazinei. Cele mai uzuale unități de turbiditate sunt definite ca:

FAU - Formazine Attenuation Units (ISO 7027) - măsurarea reducerii de intensitate suferită de o radiație incidență ce trece prin probă la un unghi 0° față de direcția radiației incidente;

FNU - Formazine Nephelometric Units (ISO 7027) - măsurarea intensității radiației împrăștiate la un anumit unghi de 90° față de direcția radiației incidente;

NTU - Nephelometric Turbidity Unit - măsurarea intensității radiației împrăștiate la un anumit unghi de 90° față de direcția radiației incidente folosită în SUA (unitatea este identică cu FTU);

FTU - Formazine Turbidity Unit - unitate folosită la analiza apei potabile TE/F Unitate de turbiditate Formazină, unitate germană folosită la prepararea apei potabile.

RO 127232 Β1

Pentru Formazină, și numai pentru Formazină, este valabilă dependența: 1

FAU = FNU = NTU= FTU = TE/F, alte soluții dau, la unghiuri de măsurare diferite, valori de turbiditate diferite. 3 în vederea determinării concentrației suspensiilor din soluții, sunt cunoscute aparate denumite turbidimetre sau nefelometre, ambele mijloace de măsurare bazându-se pe sis- 5 teme fotometrice compuse dintr-o sursă ce emite radiație monocromatică în domeniul spectral infraroșu, la lungimea de undă de 860 nm (ISO 7027), proba de analizat și un foto- 7 detector performant, legat la un sistem de achiziție și prelucrare date. La toate tipurile de aparate se realizează o corespondență între radiații, transmisă prin proba lichidă cu 9 suspensii, sau radiația difuzată de particulele în suspensie, și concentrația acestora pe baza legii Lambert - Beer. Turbidimetrele și nefelometrele sunt aparate de laborator independente, 11 care dispun de vase cilindrice tipizate, din sticlă, în care se toarnă probele de soluții tulburi. Dezavantajul acestor aparate constă în faptul că nu pot fi folosite pentru analize de teren in 13 situ, nu pot fi folosite în sisteme continue de analiză în by-pass; de asemenea, turbiditatea la vedere a unei soluții nu permite aprecierea corectă a domeniului valoric în care se încă- 15 drează aceasta, ceea ce poate duce la alegerea greșită a metodei de analiză, cu efect asupra preciziei de măsurare. Un alt dezavantaj este dat de faptul că pentru fiecare altă 17 modalitate de determinare a turbidității există un aparat separat, ceea ce duce la creșterea prețului de cost pentru acest tip de analiză. 19

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unui sistem mobil ce permite determinarea in situ a concentrației suspensiilor pe cale turbidimetrică și pe cale 21 nefelometrică.

în acest scop este folosit un sistem fotometric cu trei fotobariere, fiecare formată 23 dintr-un LED emițător la lungimea de undă de 860 nm, și o fotodiodă receptoare; prima fotobarieră are fotodioda așezată la un unghi de 90° față de axa optică de emisie a sursei de 25 radiație; cu ea se măsoară turbiditatea prin intermediul intensității radiației transmise prin probă; a doua fotobarieră are fotodioda așezată la un unghi de 180° față de axa optică de 27 emisie a sursei de radiație; cu ea se măsoară nefelometric radiația difuzată de probă, iar a treia fotobarieră are fotodioda așezată la un unghi de 120° față de axa optică de emisie a 29 sursei, și cu ea se măsoară nefelometric radiația difuzată de probă, tot pe cale nefelometrică. întregul sistem fotometric este montat pe două bacuri ale unui clește cu strângere elastică, 31 ce permite fixarea lui operativă fie pe epruvete din sticlă, cu soluție de analizat, fie pe celule de curgere din sisteme by-pass. 33

Prin aplicarea invenției se obține următorul avantaj:

- se realizează un sistem mobil, cu o structură unitară compactă și ieftină, ce permite 35 determinarea in situ a concentrației suspensiilor pe cale turbidimetrică și pe cale nefelometrică. 37

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 ...4, ce reprezintă: 39

- fig. 1, vederea cleștelui turbidimetric portabil;

- fig. 2, secțiune verticală prin bacurile cleștelui turbidimetric portabil; 41

- fig. 3, vederea bacurilor cleștelui fără capace;

- fig. 4, schema de principiu și de măsurare cu sistemul turbidimetric portabil. 43

Invenția reprezintă o structură fotometrică compactă, portabilă, ce are ca elemente principale trei fotobariere, fiecare fiind destinată unui anumit tip de determinare a turbidității 45 unei soluție S ce se găsește static sau în curgere într-un tub 1 din sticlă. Prima fotobarieră este destinată determinării turbidității prin măsurarea radiației difuzate de probă, și este 47 formată dintr-un prim LED L, ce emite radiație monocromatică în domeniul spectral infraroșu,

RO 127232 Β1 la lungimea de undă de 860 nm, și o primă diodă receptoare așezate la un unghi de 90° față de direcția de radiație; a doua fotobarieră este destinată determinării turbidității din radiația transmisă prin probă, și este formată dintr-un al doilea LED L₂ ce emite radiație monocromatică în domeniul spectral infraroșu, la lungimea de undă de 860 nm, și o a doua diodă receptoare D₂, așezate la un unghi de 180° față de direcția de radiație; a treia fotobarieră este destinată determinării turbidității pe cale nefelometrică, prin radiație transmisă prin probă, și este formată dintr-un al treilea LED L₃ ce emite radiație monocromatică în domeniul spectral infraroșu, la lungimea de undă de 860 nm, și o a treia diodă receptoare D₃, așezate la un unghi de 120° față de direcția de radiație. Elementele optice ale fotobarierelor se găsesc montate în niște orificii cilindrice ale unui clește cu strângere elastică, în a cărui compunere mai intră: două bacuri 2 și 3 din material plastic, două brațe 4 și 5, două canale C., și C₂ pentru conexiuni electrice, două capace 6 și 7 din tablă de oțel, niște șuruburi 8 de strângere a capacelor 6 și 7, un bolț 9 pentru articulație și servind la asamblarea celor două brațe 4 și 5, un arc 10 pentru strângerea elastică a tubului 1 de sticlă, de către cele două bacuri 2 și 3, și niște cabluri 11 electrice, care fac legătura cu o unitate 12 electronică, pentru alimentarea elementelor optice ale fotobarierelor, precum și pentru achiziție, prelucrare și afișare a datelor.

în prima parte a măsurării, sistemul de aprindere a LED-urilor și de citire a fotodiodelor lucrează multiplexat, pentru a permite în mod automat, manual sau combinat manual/automat alegerea unei variantei optime pentru determinarea concentrației în suspensie. După realizarea opțiunii, aceasta este validată din tastatura părții electronice. Pentru situația lucrului pe celule de curgere cuplate la procese industriale unde condițiile care determină alegerea unei anumite variante pot varia în timp, există o opțiune în soft care permite monitorizarea prin citirea continuă multiplexată a tuturor celor trei fotodiode, fiind afișat atât rezultatul fiecărei măsurători, cât și separat, rezultatul măsurării realizate prin metoda care dă cea mai bună precizie pentru acele condiții date.

Claims

Revendicare 1

Sistem turbidimetric portabil, caracterizat prin aceea că, în vederea determinării in 3 situ a metodei optime de măsurare și a concentrației suspensiilor pe cale turbidimetrică sau pe cale nefelometrică, prin metoda optimă găsită, folosește o structură fotometrică compactă 5 și portabilă, ce are ca elemente principale trei fotobariere, fiecare dintre acestea fiind destinată unei alte metode de determinare a concentrației suspensiilor dintr-o soluție (S) ce se 7 găsește static sau în curgere într-un tub (1) din sticlă, în care prima fotobarieră este destinată determinării turbidității prin măsurarea radiației difuzate de probă, și este formată dintr-un 9 prim LED (L,) ce emite radiație monocromatică la lungimea de undă de 860 nm, și o primă diodă receptoare (D.,), așezate la un unghi de 90° față de direcția de radiație, în care a doua 11 fotobarieră este destinată determinării turbidității prin măsurarea radiației trecute prin probă, și este formată dintr-un al doilea LED (L₂) ce emite radiație monocromatică la lungimea de 13 undă de 860 nm, și o a doua diodă receptoare (D₂), așezate la un unghi de 180° față de direcția de radiație, și în care a treia fotobarieră este destinată determinării turbidității pe cale 15 nefelometrică, prin măsurarea radiației trecute prin probă, și este formată dintr-un al treilea LED (l_₃) ce emite radiație monocromatică la lungimea de undă de 860 nm, și o a treia diodă 17 receptoare (D₃), așezate la un unghi de 120° față de direcția de radiație, elementele optice ale fotobarierelor fiind montate în niște orificii cilindrice, realizate în două bacuri (2 și 3) din 19 material plastic, aparținând unui clește cu strângere elastică, în a cărui compunere mai intră două brațe (4 și 5), două canale (C., și C₂) pentru conexiuni electrice, două capace (6 și 7) 21 din tablă de oțel, un bolț (9) pentru articulație, un arc (10) pentru strângerea elastică a tubului (1) de sticlă de către cele două bacuri (2 și 3), și niște cabluri (11) electrice care fac legătura 23 cu o unitate (12) electronică, pentru alimentarea elementelor optice ale fotobarierelor, precum și pentru achiziție, prelucrare și afișare a datelor. 25