Mętnościomierz do zawiesin - zasada działania

Mętność w cieczach spowodowana jest zawieszonymi, drobnymi, nierozpuszczalnymi cząsteczkami, które powodują zakłócenia rozchodzenia się fal świetlnych w postaci odbić, rozproszeń i absorpcji fal. Wraz ze wzrostem ilości tych cząsteczek rośnie intensywność światła rozproszonego. Najważniejsze czynniki wpływające na natężenie i rozkład przestrzenny rozproszonego światła to długość drogi optycznej światła, stężenie cząstek w medium i wielkość cząstek.

Czujniki mętności wykorzystują zjawisko rozproszenia światła przez obecność cząsteczek w medium, mierząc intensywność światła o danej długości fali, które przechodząc przez medium dociera do detektora umiejscowionego pod kątem 0° względem wiązki fal świetlnych emitowanych przez moduł lampowy. Czujniki mętności optek w swoich pomiarach mętności bazują zawsze na długości fali w zakresie bliskiej podczerwieni (NIR) 700-1000 nm. dzięki czemu można wyeliminować wpływ wszelkich zaburzeń spowodowanych kolorem medium.

W zależności od wielkości cząstek wiązka światła rozprasza się pod różnymi kątami. Najmniejsze cząstki rzędu 0,1-0,5 μm wykrywane są najefektywniej pod kątem 90°. Sposób ten jest wykorzystywany do pomiarów jakościowych wody pitnej i pozwala wykrywać drobne cząsteczki, takie jak koloidy.

Przy nieco większych wielkościach cząstek świetnie sprawdza się pomiar przy niższych kątach, który mierzy rozpraszanie do przodu. Teoretycznie najwyższy stosunek sygnału do tła lub najwyższa czułość uzyskuje się przy pomiarze jak najbliżej 0°. Ze względu na ograniczenia techniczne wynikające z konieczności oddzielenia sygnału rozproszenia od sygnału transmisyjnego wiązki wzbudzającej, najmniejszy kąt, jaki można zrealizować, wynosi 11° Pod niższymi kątami detektory rozpraszające po prostu wykrywałyby bezpośrednie światło z wiązki wzbudzenia.

W wyniku doświadczeń przeprowadzonych na wzorcach formazynowych udowodniono że pomiar pod kątem 11° przy cząsteczkach powyżej 0,2 μm zaczyna zyskiwać przewagę nad pomiarem pod kątem 90°.

Pomiar rozproszenia światła pod kątem 11° jest bardzo wrażliwy na niskie wartości zmętnienia, ale już przy średnich i dużych wartościach zmętnienia wynoszących >500 ppm z powodu wielu zdarzeń rozpraszania pomiar pod tym kątem może stać się niedokładny. Jednak sygnał absorpcyjny pod kątem 0°, który jest stosunkowo niewrażliwy na niskie wartości zmętnienia, wykazuje liniową reakcję dla wysokich stężeń. Dlatego wykrywanie sygnału zaabsorbowanej wiązki światła pod kątem 0° sprawdza się przy dużych stężeniach.