Türbidimetre

Opaklık terimi farklı anlamlarda kullanılabilir. Örneğin, bulanıklık, yüzeylerin parlaklığının azalması anlamına gelebileceği gibi psikolojik ruh hali gibi daha soyut kavramlar için kullanılabilir. Genellikle bulutlu terimi hava olaylarıyla ve sıvı ve gazların optik algısıyla ilişkilendirilir.

Sıvılar ya da gazlar ne kadar bulanıksa o kadar fazla çözünmemiş parçacık içerirler. Bu parçacıklar bulanık hava, içme suyu ya da süt gibi maddenin normal bileşenleri olabilir. Öte yandan, yabancı maddeler de bulanıklığa neden olabilir. Bulanıklık doğrudan içerdiği partikül miktarıyla ilgili olduğundan sıvılardaki partikül içeriğine ilişkin sonuçlar ışık geçirgenliği karşılaştırılarak çıkarılabilir.

Ölçüm küvetlerine sahip özel fotometreler esas olarak bulanıklığın yoğunluğunu belirlemek için kullanılır ve bu uygulama için türbidimetre olarak da adlandırılır. Bu tür bir türbidimetrenin olası uygulama alanları arasında içme suyu ve atık su kontrolleri ve buna ek olarak içecek üretimi ve ilaç ve kimya endüstrileri için sıvı analizleri de yer alır.

Bulanıklık ölçüm yöntemleri, kantitatif ve yarı kantitatif yöntemler olarak ikiye ayrılabilir. Yarı kantitatif yöntemler, test edenin görsel izlenimlerinin de sonuç için önemli olduğu ölçüm yöntemlerini içerir. Nicel yöntemlere ait olan optoelektronik yöntemler söz konusu olduğunda kullanıcının görüşünün ölçüm değerleri üzerinde doğrudan bir etkisi yoktur.

Yarı kantitatif yöntemler esas olarak su kütlelerinin saydamlığını ölçmek için kullanılır. Bu yöntemlerde türbidimetre bir bulanıklık değerini değil, genellikle görünürlük derinliğini ölçer. Görünürlük derinliği, ışığın suya nüfuz edebileceği mesafedir. Açık havada ölçümler genelde gün ışığında, laboratuvarda ise normal oda aydınlatması altında gerçekleştirilir. Bu nedenle, bu süreçte kullanılan türbidimetrelerin kendi ışık kaynaklarının olmasına gerek yoktur.

Derin ve durgun sularda bir Secchi diski, siyah ve beyaz renk işaretleri artık ayırt edilemeyecek hale gelene kadar suya indirilir. Bu derinlik, çizgi üzerinde işaretlenebilir ve daha sonra ölçülebilir. Sığ sular ve akan sular söz konusu olduğunda ise su bir ölçüm tüpüne doldurulur. Bu ölçüm tüpünün dibinde de aynı renkte bir işaret, dairenin dörtte biri siyah ve beyaz olarak değişen bir daire bulunur. Laboratuvarda içme suyu testleri için ise şeffaf test tüpleri kullanılır. Bunların kullanımına ilişkin bilgiler ISO 7027-2 standardında açıklanmıştır.

Pek çok ülkede ulusal standartlara dönüştürülmüş olan uluslararası ISO 7027-1 standardında su kalitesini belirlemek amacıyla bulanıklık ölçümleri için iki nicel yöntem tanımlanır. Her iki yöntemde de numuneden ışık geçiren ve ardından ışık yoğunluğunu ölçüp değerlendiren bir türbidimetre kullanılır. İlk yöntemde 90° açıyla saçılan ışık bir ışık sensörüyle ölçülür. Çoklu saçılmanın ölçüm hatalarına neden olmaması için bu ölçüm düzeneği tercihen sadece hafif bulanık su için kullanılmalıdır.

ISO 7027-1’deki ikinci yöntemde ise yön değiştirmeden numuneden geçen yani saçılmayan ya da emilmeyen ışık ölçülür. Bunun için, ışık sensörü numunenin diğer tarafına, ışık kaynağının tam karşısına yerleştirilir. Bu türbidimetrelerin teknik özelliklerinde ölçüm açısı 0° ve ölçüm yöntemi de geçirilen ışık ölçümü olarak belirtilir. Bu yöntem, daha bulanık sular için de uygundur.

Sektöre özel uyarlanmış türbidimetreler

Gıda ve içecek endüstrisinde konsantrasyon ve saflık ölçümleri için maddelerin ilgili incelemesine özel olarak uyarlanmış optoelektronik türbidimetreler geliştirilmiştir. Bu tür ölçümler gerçekleştirmek için bir ölçüm cihazına ihtiyaç duyulması halinde dalga boyu, ölçüm açısı, ölçüm hacmi, ölçüm kabı ve diğer özellikler açısından hangi seçimin en uygun olduğuyla ilgili ayrıntılı bilgi alınmalıdır.

Türbidimetrenin ölçümler için kurulup kurulmayacağı, belirli bir yerde ayarlanıp ayarlanmayacağı ya da yerinde ölçümler için sık sık taşınıp taşınmayacağı önceden bellidir. Çoğu ölçüm cihazı gibi türbidimetre de bu uygulamalardan sadece biri için tasarlanmış ve buna göre donatılmıştır.

Işık kaynağı

Işık kaynağı, ışığın dalga boyu nedeniyle ölçüm sonucunda bir rol oynar. Belirli uygulamalarda bulanıklık ölçümleri için görünür ışık kullanılabilirken çoğu uygulamalar için kızılötesi ışık önerilir. Çoklu ya da ayarlanabilir ışık kaynaklarına sahip türbidimetre modelleri de mevcuttur.

Kullanılan ölçüm açısının ölçülen ışık yoğunluğu üzerindeki etkisi büyüktür. Bir uygulama için hangi ölçüm açısının en uygun olduğu diğer pek çok şeyin haricinde mevcut partiküllerin miktarına, boyutuna, şekline ve rengine bağlıdır. Bazı türbidimetreler, sudaki bulanıklık ölçümü için ISO 7027-1’e göre hem 0° iletilen ışık ölçümü hem de 90° saçılan ışık ölçümü sunar. Diğer cihaz türleri özellikle 11° ya da 25° saçılan ışıkta ya da 180°‘deki yansımada ölçüm gerçekleştirir. Bunun nedeni, bu açıların incelenen maddedeki belirli yabancı partiküllerin konsantrasyonunu belirlemenin en doğru yolu olmasıdır.

Ölçüm aralığı ve ilgili ölçüm birimleri her zaman önemli özellikler arasında yer alır. Ölçüm değerlerini ihtiyaç duyulan ölçüm biriminde verebilen bir türbidimetre seçilmeli ve ölçüm aralığının uygulamaya uygun olduğundan emin olunmalıdır.

Pek çok türbidimetre cihaza özel kalibrasyon standartlarıyla kalibre edilebilir ve sapma durumunda cihaz yazılımı aracılığıyla da ayarlanabilir. Yüksek hassasiyet talebinin olması halinde birkaç kalibrasyon noktası ve eşleşen kalibrasyon standartları olan bir cihaz seçin.

Bulanıklık değerleri türbidimetrede kaydedilecekse türbidimetrenin hafıza boyutuna ve hafızadaki verilerin bir arayüz aracılığıyla okunup okunmayacağına dikkat edilmelidir.

İçecek üretiminde bulanıklık ölçümleri genellikle ham maddelerin ve ürünlerin konsantrasyonunu ya da kalitesini kontrol etmek için kullanılır. Boru hatlarının ve ekipmanların temizleme ve durulama döngüleri de bu amaç için tasarlanmış bir türbidimetre ile otomatik olarak izlenebilir ve kontrol edilebilir. Türbidimetreler için gereklilikler öncelikle ölçülecek maddeye ve kullanıldıkları proses aşamasına göre farklılık gösterir.

Proses optimizasyonu ve etkinliğin artırılması için bulanıklık değerleri tercihen doğrudan üretim tesisinde ya da boru hattında sürekli olarak ölçülür. Burada kullanılan bir türbidimetre ve aksesuarları kolay temizlenebilir olmalıdır. Böylece, ölçüm sonuçları önceki ölçümlerden kalan maddelerden etkilenmez. Türbidimetrenin üretim sürecinde kalan numunelerle doğrudan temas eden parçaları, gıda endüstrisinin yüksek hijyen standartlarını karşılamalıdır.

Maden suyu, limonata, meyve suyu, şarap, bira, viski ya da süt gibi içeceklerin endüstriyel üretimi ve dolumunda birçok prosesin kontrolü proses arayüzlü bir türbidimetre ile otomatikleştirilebilir ve optimize edilebilir. Türbidimetre için tipik uygulamalar aşağıdaki gibidir:

• Ham maddelerin otomatik analizi

- Sütteki yağ içeriğinin tespiti

- Doğal maden suyunda kirlilik kontrolü

- Üretim sürecinde kullanılan içme suyunun kontrolü

• Filtrelerin otomatik takibi

- Filtre sonrası bulanıklık ölçümü

- Otomatik filtre temizliği ya da filtre değişimi için sinyal

- Seçilen bileşenlerin konsantrasyonunu belirlemek ve kontrol etmek için bulanıklık ölçümü 

- İstenen bulanıklık seviyesini korumak için ölçümler 

- Durulama işlemlerinin süresi, durulama suyunun bulanıklığına bağlı olarak uzatılabilir ya da kısaltılabilir

- Bulanıklığa göre durulama suyunun yeniden kullanılmasına, arıtılmasına ya da imha edilmesine karar verilebilir

Bulanıklık, hat içi ölçümlerden bağımsız olarak bazı yerlerde numune kartları yardımıyla gözetleme camları üzerinde görsel olarak da belirlenir. Mobil türbidimetreler de üretimde ve laboratuvarda tanklardan ya da şişelerden alınan numuneleri kontrol etmek için kullanılır. Hat içi ölçümler ya da online bulanıklık ölçümleri söz konusu olduğunda ölçümler genellikle tanımlanmış bir test prosedürüne göre doğrudan değişmemiş madde üzerinde gerçekleştirilir. Sahadaki ölçümler ve laboratuvardaki ölçümler için numune alma sırasında ve sonrasında numunelerin mümkün olduğunca az değiştirilmesine dikkat edilmelidir.

Yönetmeliklerde bazı ölçümler için sabit dalga boyuna ve ölçüm açısına sahip bir türbidimetrenin kullanılması gerektiği belirtilmiştir. Bu düzenlemede ölçüm sonuçlarının karşılaştırılabilirliğinin sağlanması amaçlanmaktadır.

Madde	Ölçüm Birimi	Kısaltma	Işık Kaynağı	Ölçüm Yöntemi	Ölçüm Açısı	Ölçüm Standardı
Su	Nefelometrik Bulanıklık Birimi	NTU	Tungsten lamba, görünür ışık, beyaz ışık	Saçılmış ışık	90°	EPA 180.1
	Formazin Bulanıklık Birimi	FNU	Yakın kızılötesi, dalga boyu 860 nm	Saçılmış ışık	90°± 1.5°	EN ISO 7027-1 İçme suyu yönetmeliğinde geçerlidir Bulanıklık gösterge değeri 1 FNU sınır değeri
	Formazin Attenuation Unit	FAU	Yakın kızılötesi, dalga boyu 860 nm	İletilen ışık	0°± 1.5°	EN ISO 7027-1
Bira	Avrupa Biracılık Komitesi	EBC	650 nm ± 30 nm	Saçılmış Işık	90° stabilite ölçümü 25° filtre kontrolü	MEBAK, EBC
	Amerikan Bira Kimyacıları Derneği	ASBC	580 nm	Saçılmış ışık	Belirtilmemiş	ASBC Beer 27B

İçecek endüstrisinde bulanıklık ölçümleri, proses kontrolü ve kalite güvencesi için en etkili analitik yöntemler arasındadır. Farklı ölçüm açıları ve farklı dalga boylarındaki ışık kaynakları kullanılarak türbidimetreler ilgili ölçüm koşulları için optimize edilebilir. Sonuç olarak, çok düşük, orta ve çok yüksek bulanıklık değerleri için geniş bir madde yelpazesinde ölçümler gerekli hassasiyetle uygulanabilir.

İlaç ve kimya endüstrisinde maddelerin saflığı, yüksek öneme sahiptir. Bu durum, sadece üründe kalan ham maddeler için değil aynı zamanda işletme malzemeleri ve temizlik için kullanılan sıvılar için de önemlidir. Çözeltilerin saflığı ve konsantrasyonu, uygun bir türbidimetre ile sürekli olarak ya da farklı numuler üzerinde belirlenebilir. İzlenen maddenin değerleri şartnameleri karşılamıyorsa bir inline türbidimetre ile alarmlar, filtreleme ya da değiştirme işlemleri otomatik olarak tetiklenebilir.

Türbidimetreler endüstride sadece üretilen sıvıların, örneğin ilaçların ya da aşıların saflık ve konsantrasyon testleri için kullanılmaz. Türbidimetrenin özel model türleri, optik lenslerin ve folyolar, plakalar ve diskler gibi belirli bir şekle sahip şeffaf ya da yarı şeffaf ürünlerin kalite kontrolü için de uygundur. Türbidimetre kullanımı, bitmiş ürünün optik özellikleri üzerindeki kontrolleri büyük ölçüde otomatikleştirme imkanı sunar.

Kristalleşme süreçleri gibi sıvılardaki kimyasal ve fiziksel reaksiyonlar bir türbidimetre ile iyi bir şekilde izlenebilir. Bu aynı zamanda partikül şekli, boyutu ya da sayısı değiştiğinde ışık geçirgenliği ve ışık yansımasının da değiştiği gerçeğinden yararlanır. Reaksiyon sırasına uygun bir ölçüm aralığına sahip inline türbidimetreler, reaksiyon öncesinde, sırasında ve sonrasında otomatik müdahaleye olanak tanır. Reaksiyon sırasında bulanıklık istenenden daha hızlı ya da daha yavaş değişirse sıcaklık, basınç, karıştırma hızı ya da diğer müdahaleler değiştirilerek istenen hıza geri getirilebilir. Bu, tutarlı parti kalitesi sağlayabilir ve üretim verimliliğini artırabilir.