Qualitätssicherung von Trinkwasser

Mit den mobilen und handlichen Trübungsmessgeräten Turb 430 IR und Turb 430 T hat WTW einen Standard für die präzise Qualitätssicherung und Überprüfung von Trinkwasser gesetzt. Namhafte akkreditierte Labors setzen diese Geräte inzwischen für die Messung in Trinkwasser sowohl vor Ort wie auch im Labor ein. Der Vorteil von Turb 430 liegt neben der optischen Präzision in der Genauigkeit der Kalibrierstandards selbst: Anders als alle Arten von Formazin können AMCO Clear® Standards mit einer Toleranz von ±1 % gefertigt werden und sind dabei langzeitstabil ohne Änderung der Partikelverteilung oder Gefahr der Verklumpung. Diese Standards garantieren bei den Trübungsmessgeräten Turb 430 zusammen mit dem komfortablen Messverfahren und einem geeigneten Küvettendurchmesser reproduzierbare Messergebnisse auch in dem trinkwasserrelevanten Bereich unter 1 NTU.

Die Trübungsmessung ist im Gegensatz zu anderen physikalisch-chemischen Messverfahren nicht mit einfachen reproduzierbaren Gesetzmäßigkeiten verbunden. Das klingt zwar merkwürdig, ist aber mit einem einfachen Bild verständlich zu machen: Man stelle sich die Partikel wie ein Blatt Papier entweder seitlich oder frontal im Lichtgang vor. Während bei der seitlichen Ausrichtung praktisch nur ein schmaler Strich als Streuobjekt wirkt, ist es bei der frontalen Ausrichtung das gesamte Blatt Papier, welches entsprechend Streuung erzeugt. Zusätzlich stehen die Partikel mit ihrer Streuwirkung untereinander in Wechselwirkung. Die Anzahl, Form und Größe der Partikel haben im Gegensatz zu anderen Messverfahren einen ungewöhnlichen Effekt: Zunächst steigt der Trübungswert bei erhöhter Partikelzahl, kann aber bei einer sehr großen Zahl auch wieder absinken, da dann die Rückstreueffekte zwischen den Partikeln ihre Wirkung verstärkt entfalten und weniger Licht am Detektor ankommt.

Die Trübung weist also ein nichtlineares Verhalten auf: Bei großen Trübungswerten, maximal ab 2000 NTU, sind sogenannte Ratioverfahren maßgeblich, die keiner Normierung unterliegen. Es werden vielmehr gemäß branchen- und firmenspezifischer Optikanordnung und Algorithmen mehrere Streuwinkel ausgewertet, verrechnet und als Ergebnis mit dem Zusatz Ratio angezeigt. Diese Ergebnisse sind jedoch nicht generell untereinander vergleichbar, da der gesamte Messaufbau meist völlig unterschiedlich ist. Das Ratioverfahren wird häufig bei Prozessanalyse und Qualitätsbeurteilung eingesetzt. Hier sind meist größere Trübungswerte vorhanden, die eher zur Steuerung von Prozessen oder als „Schätzeisen“ dienen, wo es auf ein paar NTU mehr oder weniger nicht wirklich ankommt. Dies hat für die konkrete Beprobung von Trinkwasser und Brunnenköpfe mit Werten unter 1 NTU zwar keine unmittelbare Bedeutung, wohl aber, wenn Referenzmessungen zu Online-Sonden beim Einlauf in Wasseraufbereitungsanlagen aus Gewässern mit viel Feststoffeintrag benötigt werden – eher ein Fall aus nichteuropäischen Ländern.

Faktoren für eine präzise Messung

Der Kalibrierstandard spielt eine wesentliche Rolle: Auch stabilisiertes Formazin ist dennoch Formazin und ändert seine Form und Zusammensetzung kontinuierlich. Zudem ist bereits in der Herstellung aus Rohmaterialien je nach Lieferant und Herstellungstemperatur mit einer Fertigungstoleranz von 3…5 % zu rechnen. Bei der Verdünnung aus einer Stammlösung von 4000 NTU kommen noch Effekte von Verdünnungsfehlern hinzu. So können sich alleine Abweichungen zwischen den eingesetzten Formazinstandards schnell aufsummieren.

Bei der Trübung ist die Zahl, Korngröße und Verteilung der Partikel in der Lösung entscheidend für den Messwert. Die Kalibrierstandards aus AMCO Clear® Polymeren, die bei den Modellen Turb 430 IR/T verwendet werden, bieten eine wesentlich höhere Fertigungsgenauigkeit von ±1 %. Ein weiterer Vorteil ist die Langzeitstabilität und die konstante Partikelverteilung über die Zeit. Die Standards sind auf die jeweilige Optik abgestimmt und als Sekundärstandard auch in der europäischen Norm EN ISO 27027 beschrieben.

Besonders für den Vergleich verschiedener Geräte muss Formazin gemäß der Norm frisch angesetzt werden, da Formazinstandards nur für ca. 1 Tag ohne größere Veränderungen verwendbar sind. Nur dann liegt für alle Geräte dieselbe Partikelgrößenverteilung bei den Verdünnungen vor, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Wichtig ist dabei auch, die gerätespezifischen Anweisungen für die Messung einzuhalten: Unterschiedliche Ergebnisse sind oft auf Fehler bei der Wahl der Vergleichsstandards, dem Messverfahren und dem Messprozedere (vgl. auch nächsten Absatz) zurückzuführen! Küvetten: Benutzt man nicht „fehlerfreie“ Quarzküvetten, die für Trübungsmessung aber in vielen Applikationsfällen zu teuer wären, muss man natürlich den Glaseinfluss wie Einschlüsse im Glas, Kratzer, Staub in der Messung weitgehend ausschließen. Diese Störungen können je nach Stärke zu erheblichen Einflüssen führen. Mit Turb 430 wird durch das optimierte Verfahren für Kalibrierung und Messung in einer sauberen Küvette die hohe Reproduzierbarkeit gegeben. Es kann und muss völlig auf den Einsatz von Silikonöl verzichtet werden, da der Einsatz von Silikonöl in einem optischen System nicht wünschenswert ist und Effekte von Glaseinschlüssen selbst nicht ausgeschlossen werden können. Silikonöl wird in manchen Geräten zur Minimierung von Kratzereinflüssen eingesetzt. Es führt aber tatsächlich eher zu einer „Verschmierung“ der Fehler: Die Fehler bei der Beleuchtung von Kratzern sind zwar dann etwas geringer, allerdings ist die Wahrscheinlichkeit sehr groß, Fehler durch das Silikonöl selbst zu verursachen. Weitere Fehlerquellen sind Luftblasen und Fussel in der Lösung.Temperatur: Kommt Wasser aus tiefen Brunnen oder kalten Zisternen, besteht immer die Gefahr einer Tröpfchenbildung durch Kondensation. Bei Labor- und Feldgeräten mit Einzelmessungen ist dies durch Abwischen der Küvette und schnellem Messen meist unproblematisch, aber als Fehlerquelle vor allem bei Durchflussmessungen zu beachten. Andererseits können sich in der Aufwärmphase der Probe Gasblasen bilden. Diese führen häufig zu einem erhöhten Trübungswert der Probe, selbst wenn sie kaum erkennbar sind.

Optimale Ergebnisse in Proben
Durch Messung des unteren Standards (0,02 NTU) und der Probe in ein- und derselben Küvette und Küvettenposition sind Glaseinflüsse der Messküvette optimal ausgeschlossen, was die Genauigkeit des Messergebnisses nochmals erhöhen kann. Der Nullpunkt ist übrigens durch die Eigenstreuung des Wasser nicht bei „Null“ möglich, weshalb die Kalibrierung des Nullpunkts meist mit einem Standard von 0,02 NTU durchgeführt wird.

Häufig werden Messungen von Online-Sensoren in Wasseraufbereitungsanlagen mit einer Referenzmessung im Labor begleitet: Online-Sensoren werden beispielsweise beim Einlauf in Wasseraufbereitungsanlagen als Steuerungselement oder auch bei Filterprozessen zur Qualitätssicherung eingesetzt. Hier sieht sich der Anwender oft mit völlig unterschiedlichen Messwerten zwischen Online- und Laborwelt konfrontiert, deren Ursache meist in nicht vergleichbaren Messverfahren der eingesetzten Geräten liegt: Je nach vorherrschenden Umweltbedingungen wie z.B. starken Regenfällen sind die Trübungswerte von Gewässern vor dem Einlauf variierend und sie können sehr hoch sein. Manche Trübungsgeräte zeigen jedoch ab 40 NTU nur noch Ratiowerte mit einem entsprechenden Zusatz für Ratio beim Messwert an. Diese sind jedoch nicht vergleichbar mit den Messwerten einer nephelometrischen Trübungsmessung bei 90° Streulicht und dem angezeigten Messwert in NTU. Hier sollte man also unbedingt darauf achten, dass die eingesetzten Geräte auch bezüglich des Messverfahrens und der eingesetzten Lichtquelle aufeinander abgestimmt sind. Ratioverfahren sind nicht normiert! Dies gilt auch für Referenzmessungen bei eingebauten Online-Sensoren in Rohrleitungen. Mit der Referenzmessung werden einbauspezifische Reflexionseffekte, die unvermeidlich sind, abgeglichen und damit minimiert.

Mobil und im Labor

Das Turb 430 zeichnet sich durch die vielseitigen Einsatzmöglichkeit aus: Ob vor Ort am Brunnenkopf oder im Labor, neben der analytischen Qualitätssicherung über einstellbare Kalibrierintervalle mit Kalibrierprotokoll und einem Datenspeicher für 1000 Messwerte kann über eine Labstation bequem gemessen werden und mit der PC-Software LSdata eine Auswertung und Dokumentation aller Ergebnisse vorgenommen werden. Dadurch haben die Modelle von Turb 430 mit Infrarot (IR) oder Weißlicht (T) gerade im Bereich der Wasseraufbereitung und Trinkwasserüberprüfung große Bedeutung erlangt.

Wer mehr als nur Trübung messen möchte, findet mit dem mobilen WTW-Photometer photoFlex Turb die Möglichkeit, die Trübungsmessung für Trinkwasser von Turb 430 IR mit photometrischer Wasseranalytik und pH-Messung in einem Gerät zu kombinieren. Wie auch die Trübungsmessgeräte der Turb 430 Serie kann das portable photoFlex Turb zu einem tragbaren Feldlabor oder mit LabStation zu einer Laborlösung aufgerüstet werden. Diese Flexibilität hat heutzutage gerade im Umweltmonitoring immer mehr Bedeutung erlangt.

Produktmanagement Photometrie/Trübung, WTW GmbH, Weilheim, E-Mail: info@wtw.de