Optische helderheidssensoren: Bewaking waterkwaliteit

Waarom zou ik optische witmakers willen meten?

Optische witmakers (OBA’s) of fluorescerende witmakers (FWA’s) worden toegevoegd aan producten zoals waszepen, wasmiddelen of reinigingsmiddelen. Stoffen of materialen absorberen OBA’s tijdens het was- of reinigingsproces. Wanneer ze worden verlicht door ultraviolet licht, fluoresceren ze en zien producten en stoffen er helderder uit.

Waswater levert de grootste bijdrage van witmakers aan afvalwatersystemen. De bijdrage van FWA of OBA aan het totale volume van de meeste wasmiddelen is minder dan 0,5%, maar een groot deel (5-80%) kan als opgeloste verbindingen in het geloosde afvalwater achterblijven (moleculair). De aanwezigheid van witmakers in watersystemen waarin afvalwater wordt geloosd kan betekenen dat septische systemen falen, dat er rioolwater lekt of dat er helemaal geen waterzuivering plaatsvindt. Daarom kan de detectie van optische witmakers in aquatische systemen watergemeentes of onderzoekers helpen bij het corrigeren van systeemfouten en het voorkomen van een verhoogde antropogene input die grote gevolgen kan hebben voor ecosystemen.

Onderzoeken hebben aangetoond dat er een verband bestaat tussen de fluorescentie van witmakers en het gehalte aan fecale colibacteriën in aquatische milieus. De waterkwaliteit wordt momenteel beoordeeld aan de hand van normen voor fecale colibacteriën door federale, staats- en gemeentelijke instanties. De toegang van het publiek tot waterlichamen zoals meren, rivieren of stranden die niet aan deze normen voldoen, kan worden beperkt, wat gevolgen heeft voor het toerisme en uiteindelijk voor de lokale economie. Het grootste probleem bij het voorkomen van verhoogde fecale colibacteriënniveaus is het onvermogen om de bron van de verontreiniging (menselijk/niet-menselijk) vast te stellen. Waswater wordt meestal geloosd via het huishoudelijk riool of septische systemen; witmakers zijn dus een bestanddeel van rioolwater. De correlatie tussen witmakers en fecale colibacteriën kan waardevolle informatie opleveren om onderzoekers te helpen bepalen of verontreinigingsbronnen worden toegeschreven aan menselijk afval.

Witmakers zijn zeer gevoelig voor adsorptie. Ze worden uit oppervlakte- en grondwater verwijderd door adsorptie aan grond en organisch materiaal. Hierdoor kunnen onderzoekers ook de effectiviteit van natuurlijke reiniging van afvalwater beoordelen door de concentraties van witmakers in grond- of oppervlaktewater te bepalen.

Hoe worden optische witmakers gemeten?

Optische witmakers, of fluorescerende witmakers (FWA’s in de wasmiddelenindustrie), zijn verbindingen die worden geëxciteerd (geactiveerd) door lichtgolven in het bijna-ultraviolette (UV) bereik (360 tot 365 nm) en vervolgens licht uitzenden in het blauwe bereik (400 tot 440 nm). Elektronen in fluorescerende moleculen worden door absorptie van licht in een hogere energietoestand gebracht en zenden vervolgens een kleine hoeveelheid warmte plus fluorescentie uit wanneer de elektronen terugkeren naar hun grondtoestand. De fluorescentie van de tweede aangeslagen toestand wordt gemeten door Eureka’s OBA fluorometer en omgezet in ppb OBA tot 2500 ppb.

Wat moet ik weten over optische witmakers meten in het veld?

De optische helderheidssensor van Solinst Eureka heeft een groot dynamisch bereik (>5000 deeltjes per miljoen) waardoor hij in de meeste aquatische omgevingen kan werken, en de hoge resolutie verhoogt de nauwkeurigheid. De MantaPlus met optische witmaker sensor kan worden gebruikt in studies om specifieke locaties te lokaliseren waar on-site afvalwatersystemen rivieren of andere waterwegen kunnen binnenkomen. Multiparametersondes met OBA-sensoren kunnen worden ingezet voor continue monitoring of worden gebruikt voor discrete bemonstering. Fluorometrische bepalingen van helderstofconcentraties in natuurlijke watermonsters zijn nuttig geweest bij het vinden van afvalwaterbronnen en fecale colibacteriënverontreinigingen voor onderzoeken van de gezondheidsdienst en voor algemeen onderzoek.

Vervuiling is het grootste probleem voor fluorescentiesensoren. Elk vreemd materiaal dat zich ophoopt op het actieve oppervlak van de sensor vermindert de hoeveelheid uitgezonden licht of ontvangen licht, of beide. En soms kan het vreemde materiaal een vals signaal geven door op dezelfde golflengte te fluoresceren. Aangroei vormt meestal geen probleem bij dagelijkse profilering of steekproefsgewijze controle, maar alleen bij langdurig gebruik. Voor continu gebruik kunnen antifouling accessoires worden toegevoegd, zoals Eureka’s universele wissersysteem en kopergaas sensorbescherming.