Trübung in Flüssigkeiten

 

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Trübung in Flüssigkeiten
CO2 im Klassenraum

 

Messung der Trübung von Flüssigkeiten, z. B. von Bier

Was ist Trübung?

Trübung ist keine physikalisch eindeutig definierte Größe wie z.B. Druck oder Temperatur, sondern ein optischer Eindruck. Dieser entsteht durch die Absorption und Streuung von Licht an Partikeln, die in einer Flüssigkeit verteilt sind. Partikel ist dabei jedes dreidimensionale Gebilde, das einen anderen Brechungsindex als das Trägermedium hat. Unter den Begriff Partikel fallen also nicht nur Feststoffe wie z.B.

Hefe,

Gur, PVPP,

Filterhilfsmittel,

Kolloide,

sondern auch Flüssigkeiten wie z.B.

ungelöstes Öl in Wasser,

Milch,

aber auch Gase in Flüssigkeiten wie z.B.

entbundenes CO2 in Bier,

Luftblasen in Flüssigkeiten.

Daher ist es nicht möglich, z.B. in einem Bier mit CO2 - Entbindung, d.h. mit Gasblasen, die Trübung zu messen, da Gasblasen grundsätzlich die Messung verfälschen.

 

 

 

 

 

 

Prinzip der Streulichtmesstechnik

 

 

 

 

 

 

 

 

Von der Lampe wird mittels der Optik ein schmaler Lichtstrahl durch den Flüssigkeitsstrom auf den Durchlichtdetektor gesendet. Dieser gebündelte Lichtstrahl wird durch die im Flüssigkeitsstrom vorhandenen Partikel zerfasert (gestreut).

Das von dem im Medium befindlichen Partikeln gestreutes Licht wird von der Empfängeroptik unter einem Winkel von 12° von Silizium Photodioden erfasst. Gleichzeitig wird das ungestreute Licht als Durchlicht von einer weiteren Photodiode aufgenommen.

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Signale von Streulicht und Durchlichtdetektor werden von der Elektronik erfasst, verstärkt, dividiert und als Trübungswert auf Display und Analogausgang ausgegeben.

 

Die Partikel innerhalb des Flüssigkeitsstromes schwächen die Intensität des durchgehenden Lichtes ab und erhöhen den Anteil des
gestreuten Lichtes, d. h. der Trübungswert steigt.
Farbe schwächt die Intensität des durchgehenden Lichtes und des gestreuten Lichtes, d. h. der Trübungswert bleibt konstant.

Nicht nur Farbeinflüsse sondern auch Lampenalterung und Fensterverschmutzung werden auf diese Weise in hohem Grade kompensiert.

Bei der Streulichtmessung hängt der eigentliche Meßwert nicht nur von der Partikelkonzentration, sondern u.a. auch von folgenden Faktoren ab:

- Partikelgröße

- Meßwinkel des Streulichtmeßgerätes.

 

Erläuterung der unterschiedlichen Messwinkel

MiniTurb1

12° Vorwärtsstreuung (Modell MoniTurb-F/CC7-T-F)

 

 

Bei diesem Verfahren verursacht ein kleiner Partikel eine niedrige und ein großer Partikel eine hohe Streulichtintensität. Auf diese Weise werden die Messergebnisse nahe zu unabhängig von der Partikelgröße angezeigt. Viele kleine Partikel erzeugen so das gleiche Messergebnis wie ein großer Partikel, was eine Kalibrierung in mg/L ermöglicht (produktspezifisch).

 

MiniTurb2

 

12° und 90° Streulicht - Messverfahren (Mod. MoniTurb-F-S/CC7-T-F-S)

 

Bei diesem Prinzip der Streulichtmessung werden kleine Partikel stark überbewertet (Hazen). Kleine Partikel erzeugen eine gleiche oder höhere Streulichtintensität wie große Partikel. Diese Eigenschaft wird ausgenutzt, wo kleine Partikel gemessen werden sollen. Um Rückschlüsse auf die Partikelgröße ziehen zu können ist eine zweite Messung nach dem Prinzip der 12° Vorwärtsstreuung erforderlich.

MiniTurb3

 

12° und 90° Streulicht - Messverfahren (Mod. MoniTurb-F-S/CC7-T-F-S)

 

Das Modell MoniTurb-FS arbeitet nach den Messprinzipien der 12° Vorwärts- und 90° Seitwärtsstreuung. Das System erfasst gelöste oder suspendierte Feststoffe in Flüssigkeiten. Eine Verhältnisbildung Streulicht/Durchlicht gewährleistet hohe Langzeitstabilität und Reproduzierbarkeit. Die Auswertung beider Messwerte gibt Aufschluss über die Partikelgrößenverteilung innerhalb des Produktes.

Die folgende Skizze zeigt schematisch die Streulichtintensitäten von großen und kleinen Partikeln, (z.B. Gur oder Hefe) und Kolloiden (z.B. Proteine).

Wie man sieht, sind die Intensitätsänderungen in Abhängigkeit von der Partikelgröße unter dem Streulichtwinkel von 90° relativ klein, während unter dem Winkel von 12° sehr große Intensitätsänderungen beim Übergang von kleinen zu großen Partikeln auftreten.

 

 

 

 

 

 

 

 

Übersteigt der Messwert der 90° Streulichtmessung den der 12° Vorwärtsstreuung, ist die durchschnittliche Partikelgröße kleiner als 0,3 µm.
Ist der Messwert der 90° Streulichtmessung unter dem der 12° Vorwärtsstreuung, liegt die durchschnittliche Partikelgröße über 0,3 µm.

Partikelgröße

Messergebnis 90° Streulicht

Messergebnis 12° Streulicht

größer 0,3 µm

niedriger

höher

kleiner 0,3 µm

höher

niedriger

Das 12° Messverfahren zeigt die größere Empfindlichkeit gegenüber großen Partikeln (>0,3µm)
Das 90° Messverfahren zeigt eine überproportionale Empfindlichkeit gegenüber kleinen Partikeln (<0,3 µm).

Die Kombination der Messverfahren 12° und 90° informiert über die Größentendenz der Partikel im Medium.

Bei einer Partikelgröße von ca. 0,3 µm zeigen beide Messverfahren (12° und 90°) die gleichen Messwerte an.

Formazinlösung hat diese durchschnittliche Partikelgröße und eignet sich zur Kalibrierung der Systeme. Dies bedeutet, daß mit einer definierten Formazinsuspension als Meßlösung alle Geräte den gleichen Wert anzeigen müssen.

Die in Brauereien übliche Trübungseinheit ist das "EBC" European Brewery Convention

 

 
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