Trübungsmessgerät / Trübungsmesser

Der Begriff Trübung wird in unterschiedlichen Bedeutungen verwendet. Eine Trübung kann sich beispielsweise auf den verringerten Glanz von Oberflächen beziehen, aber auch auf verschlechterte Erfolgsprognosen oder auf psychische Stimmungen. Häufig steht die Bezeichnung trüb im Zusammenhang mit Wetterphänomenen und mit der optischen Wahrnehmung von Flüssigkeiten und Gasen. Dann steht Trübung für weniger lichtdurchlässig.

Je stärker Flüssigkeiten oder Gase eingetrübt sind, desto mehr ungelöste Partikel enthalten sie. Diese Partikel können normale Bestandteile der Substanz sein zum Beispiel bei bewölkter Luft, beim Trinkwasser oder bei Milch. Andererseits können Trübungen aber auch durch Fremdstoffe verursacht werden. Da die Eintrübung in direktem Zusammenhang mit der Menge der enthaltenen Partikel steht, können durch Vergleiche der Lichtdurchlässigkeit Rückschlüsse auf den Partikelgehalt in Flüssigkeiten gezogen werden.

Inzwischen werden zur Bestimmung der Intensität der Trübung hauptsächlich spezielle Photometer mit Messküvetten verwendet, die für diese Anwendung auch als Trübungsmesser bezeichnet werden. Zu den Einsatzmöglichkeiten für ein solches Trübungsmessgerät gehören beispielsweise Kontrollen von Trinkwasser und Abwasser, aber auch Flüssigkeitsanalysen für die Getränkeherstellung und in der pharmazeutischen und chemischen Industrie.

Die Verfahren zur Trübungsmessung können grob unterteilt werden in quantitative und semiquantitative Verfahren. Zu den semiquantitativen Verfahren gehören die Messmethoden, bei denen auch visuelle Eindrücke des Prüfers wichtig für das Ergebnis sind. Bei den zu den quantitativen Verfahren zählenden optoelektronischen Verfahren hat das Sehvermögen des Anwenders dagegen keinen direkten Einfluss auf die Messwerte.

Semiquantitative Trübungsmessung
Für die Messung der Transparenz von Gewässern werden vor allem halbquantitative Verfahren eingesetzt. Mit diesen Verfahren wird mit dem Trübungsmessgerät kein Trübungswert, sondern meist die Sichttiefe gemessen. Die Sichttiefe ist die Entfernung, bis zu der das Licht das Wasser durchdringen kann. Im Freien wird meist bei Tageslicht und im Labor bei üblicher Raumbeleuchtung gemessen. Die dabei verwendeten Trübungsmesser benötigen deshalb keine eigene Lichtquelle.

In tiefen, stehenden Gewässern wird eine Secchi-Scheibe so weit in das Wasser herabgelassen, bis ihre schwarzweißen Farbmarkierungen nicht mehr unterscheidbar sind. Diese Tiefe kann an der Schnur markiert und dann gemessen werden. Bei flachen und bei fließenden Gewässern wird das Wasser stattdessen in eine Messröhre gefüllt. Am Boden dieser Messröhre befindet sich dieselbe Farbmarkierung, ein Kreis mit den Kreisvierteln abwechselnd in schwarz und weiß. Für Trinkwasserprüfungen im Labor werden dagegen Transparenzprüfröhrchen eingesetzt. Deren Verwendung wird in der Norm ISO 7027-2 beschrieben.

Optoelektronische Trübungsmessgeräte nach ISO 7027-1
In der internationalen Norm ISO 7027-1, die in vielen Ländern in nationale Normen überführt wurde, werden zwei quantitative Verfahren für Trübungsmessungen zur Bestimmung der Wasserqualität beschrieben. In beiden Verfahren wird ein Trübungsmessgerät eingesetzt, das Licht durch die Probe sendet und dann die Lichtintensität misst und bewertet. Die erste Methode, misst per Lichtsensor das im 90 ° Winkel gestreute Licht. Diese Messanordnung soll vorzugsweise für nur wenig eingetrübtes Wasser angewendet werden, damit Mehrfachstreuungen nicht zu Messfehlern führen.

Die zweite Methode der ISO 7027-1misst das Licht, das die Probe ohne Richtungsänderung durchquert hat, also das nicht gestreut oder absorbiert wurde. Dazu ist der Lichtsensor auf der anderen Seite der Probe direkt gegenüber der Lichtquelle angeordnet. In den Spezifikationen dieser Trübungsmesser wird der Messwinkel mit 0° und das Messverfahren als Durchlichtmessung angegeben. Diese Methode eignet sich auch für stärker eingetrübtes Wasser.

Branchenspezifisch angepasste Trübungsmessgeräte
Für Konzentrations- und Reinheitsmessungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie wurden optoelektronische Trübungsmesser entwickelt, die speziell an die jeweilige Untersuchung der Substanzen angepasst sind. Wenn Sie ein Gerät für solche Messungen benötigen, lassen Sie sich bitte unbedingt ausführlich informieren, welche Auswahl bezüglich Wellenlänge, Messwinkel, Messvolumen, Messbehälter und anderer Spezifikationen am besten für Ihre Messung geeignet ist.

Eignung für mobilen oder stationären Einsatz
Fast immer ist bereits im Vorfeld klar, ob der Trübungsmesser für die Messungen fest installiert, ständig an einem bestimmten Standort aufgestellt oder für Vor-Ort-Messungen häufiger transportiert werden soll. Die meisten Geräte sind in Bauart und Ausstattung nur auf einen dieser Anwendungsfälle ausgelegt.

Lichtquelle
Die Lichtquelle spielt wegen der Wellenlänge des Lichts eine Rolle für das Messergebnis. Während für bestimmte Einsatzgebiete sichtbares Licht für Trübungsmessungen eingesetzt werden kann, wird für die Mehrzahl der Anwendungen infrarotes Licht empfohlen. Es gibt auch Modelle vom Trübungsmessgerät, mit mehreren oder einstellbaren Lichtquellen.

Messwinkel
Der verwendete Messwinkel hat großen Einfluss auf die gemessene Lichtintensität. Welcher Messwinkel sich am besten für eine Anwendung eignet, hängt unter anderem von der Menge der vorhandenen Partikel, aber auch von deren Größe, Form und Farbe ab. Einige Trübungsmesser bieten sowohl die 0 ° Durchlichtmessung als auch die 90 ° Streulichtmessung nach ISO 7027-1 zur Trübungsmessung bei Wasser an. Andere Gerätetypen messen speziell bei 11 ° oder 25 ° Streulicht oder die Reflektion bei 180 ° weil dadurch die Konzentration bestimmter Fremdpartikel in der untersuchten Substanz am genauesten festgestellt werden kann.

Messbereich und Maßeinheiten
Zu den wichtigen Spezifikationen gehören immer auch der Messbereich und die zugehörigen Maßeinheiten. Entscheiden Sie sich für ein Trübungsmessgerät, dass die Werte in der von Ihnen benötigten Einheit ausgeben kann und achten Sie darauf, dass der Messbereich für Ihre Anwendung passt.

Kalibriermöglichkeiten
Viele Trübungsmesser können mit gerätespezifischen Kalibrierstandards kalibriert und bei Abweichungen auch über die Gerätesoftware justiert werden. Wenn hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit bestehen, wählen Sie ein Gerät mit mehreren Kalibrierpunkten und dazu passenden Kalibrierstandards.

Speicher, Schnittstellen
Falls die Trübungsmesswerte im Gerät gespeichert werden sollen, achten Sie darauf wie groß der Gerätespeicher ist und ob die Daten aus dem Speicher über eine Schnittstelle ausgelesen werden können.

Bei der Getränkeherstellung werden Trübungsmessungen häufig eingesetzt, um die Konzentration oder Qualität von Rohstoffen und Produkten zu kontrollieren. Auch die Reinigungs- und Spülzyklen der Rohrleitungen und Anlagen können mit einem dafür ausgelegten Trübungsmessgerät automatisch überwacht und gesteuert werden. Die Anforderungen an die Trübungsmesser unterscheiden sich vor allem in Bezug auf die zu messende Substanz und danach, in welcher Prozessstufe sie eingesetzt werden.

Zur Prozessoptimierung und Effektivitätssteigerung werden die Trübungswerte vorzugsweise direkt an der Produktionsanlage oder sogar kontinuierlich in der Rohrleitung gemessen. Jedes dort verwendete Trübungsmessgerät muss inklusive des Zubehörs leicht zu reinigen sein, damit die Messergebnisse nicht durch Rückstände aus früheren Messungen beeinflusst werden. Diejenigen Teile der Trübungsmesser, die direkten Kontakt zu Proben haben, die im Produktionsprozess verbleiben, müssen den hohen hygienischen Standards der Lebensmittelindustrie genügen.

Bei der industriellen Herstellung und Abfüllung von Getränken wie Mineralwasser, Limonaden, Fruchtsäften, Wein, Bier, Whiskey oder Milch kann die Steuerung vieler Prozesse durch ein Trübungsmessgerät mit Prozessschnittstelle automatisiert und optimiert werden. Zu den typischen Anwendungen gehören zum Beispiel:

• Die automatische Analyse von Rohstoffen
  - Bestimmung des Fettgehalts bei Milch,
  - Kontrolle auf Verunreinigungen bei natürlichem Mineralwasser,
  - Kontrolle von Trinkwasser, das im Herstellungsprozess verwendet wird.
• Die automatische Überwachung der Filter
  - Messung der Trübung nach dem Filter und
  - Signal zur automatischen Filterreinigung oder zum Filterwechsel.
• Die Sicherung gleichbleibender Produktqualität
  - Trübungsmessung zur Bestimmung und Steuerung der Konzentration ausgewählter Inhaltsstoffe und bzw. oder
  - Messungen zum Einhalten eines gewünschten Trübungsgrades.
• Die Automatische Steuerung von CIP-Reinigungsabläufen
  - Dauer der einzelnen Spülvorgänge kann aufgrund der Trübung des Spülwassers verlängert oder verkürzt werden und
  - entsprechend der Trübung kann entschieden werden, ob Spülwasser wiederverwendet, aufbereitet oder entsorgt wird.

Unabhängig von den Inlinemessungen wird die Trübung stellenweise auch noch an Schaugläsern visuell mithilfe von Musterkarten bestimmt. Auch mobile Trübungsmesser für Einzelproben werden in der Produktion und im Labor zusätzlich eingesetzt, um beispielsweise aus Tanks oder Flaschen entnommene Stichproben zu prüfen. Bei Inlinemessungen oder Onlinemessungen der Trübung wird in der Regel nach festgelegtem Prüfablauf direkt an der unveränderten Substanz gemessen. Bei Einzelmessungen vor Ort und bei Messungen im Labor muss darauf geachtet werden, dass die Proben bei und nach der Entnahme möglichst wenig verändert werden.

Für einige Messungen wird durch Regelwerke vorgeschrieben, dass ein Trübungsmessgerät mit festgelegter Wellenlänge und mit festgelegtem Messwinkel eingesetzt werden muss. Diese Regelung soll die Vergleichbarkeit der Messergebnisse gewährleisten.

Trübungsmessungen gehören in der Getränkeindustrie zu den effektivsten Analysemethoden zur Prozesssteuerung und Qualitätssicherung. Durch verschiedene Messwinkel und Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge können die Trübungsmesser für die jeweiligen Messbedingungen optimiert werden. Dadurch sind Messungen an unterschiedlichsten Substanzen für sehr niedrige, aber auch für mittlere und sehr hohe Trübungswerte in der geforderten Genauigkeit umsetzbar.

Kontrolle von flüssigen Roh- und Hilfsstoffen mit dem Trübungsmesser
Die Reinheit der Substanzen ist in der pharmazeutischen und chemischen Industrie nicht nur für die im Produkt verbleibenden Rohstoffe von hoher Bedeutung. Sie ist auch für die Betriebsstoffe und für die zur Reinigung genutzten Flüssigkeiten wichtig. Die Reinheit und die Konzentration von Lösungen können kontinuierlich oder an Einzelproben mit einem geeigneten Trübungsmessgerät kontrolliert werden. Erfüllen die Werte der überwachten Substanz die Vorgaben nicht, können mit einem Inline Trübungsmesser Alarme, Filter- oder Austauschprozesse automatisch ausgelöst werden.

Automatisierte Kontrolle von Endprodukten mit einem Trübungsmessgerät
Trübungsmesser können in der Industrie nicht nur zur Reinheits- und Konzentrationsprüfung hergestellter Flüssigkeiten, z.B. bei Medikamenten oder Impfstoffen, verwendet werden. Spezielle Modelltypen vom Trübungsmessgerät sind auch zur Qualitätskontrolle von optischen Linsen und von transparenten oder semitransparenten Produkten mit definierter Form, wie Folien, Platten und Scheiben, geeignet. Der Einsatz der Trübungsmesser bietet die Möglichkeit, die Kontrollen der optischen Eigenschaften des fertigen Produkts weitgehend zu automatisieren.

Überwachung von Herstellungsabläufen
Chemische und physikalische Reaktionen in Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Kristallisationsprozesse, können mit einem Trübungsmessgerät gut überwacht werden. Auch dabei wird der Umstand genutzt, dass sich bei Änderung der Partikelform, -größe oder -anzahl auch die Lichtdurchlässigkeit und Lichtreflexion verändert. Inline Trübungsmesser mit einem auf den Reaktionsablauf abgestimmten Messintervall ermöglichen automatische Eingriffe vor, während und nach der Reaktion. Ändert sich die Trübung während der Reaktion schneller oder langsamer als vorgesehen, kann sie durch Änderung von Temperatur, Druck, Rührgeschwindigkeit oder andere Eingriffe wieder auf die gewünschte Geschwindigkeit gebracht werden. Dadurch kann eine gleichbleibende Chargenqualität gesichert und die Effizienz der Produktion gesteigert werden.