Quang phổ kế: Kiểm soát chất lượng nước hiệu quả

Quang phổ kế: Công cụ tối ưu cho việc đo lường và kiểm soát chất lượng nước

Trong thời đại mà nguồn nước ngày càng trở nên khan hiếm và ô nhiễm, việc đảm bảo chất lượng nước sạch là điều vô cùng quan trọng. Bạn có biết rằng nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước lại không thể nhìn thấy bằng mắt thường? Quang phổ kế là công cụ tối tân giúp bạn xác định chính xác các chất gây ô nhiễm ẩn trong nguồn nước, đảm bảo an toàn cho sức khỏe và môi trường. Hãy cùng Hach Việt Nam khám phá những ưu điểm vượt trội của công nghệ quang phổ kế và vai trò quan trọng của nó trong việc kiểm soát chất lượng nước!

Chất lượng nước có thể khó xác định. Cho dù bạn đang xử lý các vùng nước rộng lớn hay những chai nước nhỏ mà bạn mua ở siêu thị địa phương, chất lượng vẫn rất quan trọng đối với nguồn tài nguyên quan trọng nhất mà chúng ta có trên Trái đất này… nước! Khi chúng ta đổ đầy một ly nước từ vòi nước trong bếp, hầu hết chúng ta đánh giá chất lượng nước bằng độ trong của chất lỏng.

Tuy nhiên, nhiều hạt vi mô hoặc thành phần hóa học không thể nhìn thấy bằng mắt thường, tạo ra những nguy hiểm tiềm ẩn và ảnh hưởng đến chất lượng nước. Quang phổ kế cung cấp một giải pháp để xác định các chất gây ô nhiễm không xác định, là một quy trình cần thiết cho nhiều ứng dụng, bao gồm nước uống hoặc hỗ trợ an toàn và bảo vệ môi trường.

Tầm quan trọng của việc đo lường chất lượng nước

Các phép đo chất lượng nước xác định các đặc điểm vi sinh vật, hóa học, vật lý và sinh học của nước. Việc đo lường chất lượng nước rất quan trọng bởi vì nó đảm bảo nguồn cung cấp nước an toàn cho tiêu dùng của con người và đáp ứng các quy định và tiêu chuẩn thử nghiệm. Các phép đo nước cũng cung cấp bằng chứng khách quan cho việc ra quyết định về quản lý chất lượng nước.

Các phép đo là cần thiết cho tất cả các nguồn cung cấp nước bởi vì ô nhiễm có thể xảy ra do:

• Quá trình sản xuất.
• Các hóa chất và khoáng chất tự nhiên như asen và urani.
• Hệ thống xử lý nước thải tại chỗ bị lỗi như hệ thống tự hoại.
• Xả nước thải.
• Các hoạt động sử dụng đất địa phương như phân bón và thuốc trừ sâu.
• Nước được xử lý không đúng cách.
• Hệ thống phân phối nước bị bảo trì kém như đường ống.

Các chất gây ô nhiễm từ những nguồn này có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe như rối loạn thần kinh, vấn đề về sinh sản và bệnh đường tiêu hóa. Trẻ sơ sinh, trẻ nhỏ, người cao tuổi, phụ nữ mang thai và những người có hệ miễn dịch suy yếu là những đối tượng dễ bị ảnh hưởng nhất bởi bệnh tật do tiêu thụ nước bị ô nhiễm.

Giá trị chất lượng nước rất quan trọng cho nhiều ứng dụng, bao gồm các vấn đề bảo vệ môi trường, nước uống và tiêu dùng, cũng như mục đích công nghiệp, nơi chất lượng và độ tinh khiết của nước là điều cần thiết.

Ứng dụng của việc đo lường chất lượng nước

Ứng dụng của việc phân tích chất lượng nước rất nhiều. Quang phổ kế có thể giúp xác định ô nhiễm dầu mỡ trong các nguồn nước lớn, cũng như khả năng phát hiện các dấu vết nhỏ của sắt trong nguồn cung cấp nước uống. Phân tích hóa học biển sử dụng quang phổ kế có thể định lượng mức độ chlorophyll và nitrate để xác định sức khỏe của đại dương và các dòng sông.

Quang phổ kế không chỉ đo giá trị màu mà còn đo các bước sóng ánh sáng cụ thể, giúp phân loại chính xác các tính chất của các thành phần hóa học được tìm thấy trong các nguồn nước khác nhau. Các phép đo chính xác về giá trị hấp thụ giúp xác định và định lượng mức độ của những hợp chất này, cung cấp thông tin giá trị về chất lượng nước.

Dữ liệu này có thể giúp xác định độ an toàn của nước uống và nhận biết mức độ độc hại của các chất phụ gia có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Việc đo lường các thành phần dinh dưỡng của cả nước ngọt và nước biển bằng phân tích quang phổ kế cung cấp cho các nhà nghiên cứu thông tin giá trị liên quan trực tiếp đến chất lượng nước và có thể phát hiện ngay cả những biến đổi hoặc thay đổi nhỏ nhất.

Quang phổ kế: Giải pháp đo lường chất lượng nước

Phương pháp phân tích chất lượng nước cơ bản bao gồm việc thêm một chất phản ứng hóa học vào mẫu nước để hỗ trợ phân tích trực quan. Sau đó, mẫu nước được so sánh với mẫu màu bằng thị giác của con người. Phương pháp này dễ bị sai sót và không thể thu được thông tin định lượng để phân tích thêm. Hơn nữa, các chất phản ứng hóa học làm ô nhiễm mẫu nước, khiến mẫu nước không thể sử dụng cho các thử nghiệm và phân tích tiếp theo.

Phân tích bằng quang phổ kế cung cấp một giải pháp thay thế không phá hủy để đo các chất ô nhiễm có thể ẩn náu trong nguồn cung cấp nước của chúng ta. Quang phổ kế có thể xác định các chất ô nhiễm trong mẫu nước và đo màu APHA của nước. Giải pháp này xác định giá trị màu bằng cách đo các bước sóng ánh sáng cụ thể. Kết quả là, các thành phần hóa học và tính chất trong nước có thể được phân loại chính xác.

Quang phổ kế mang lại nhiều lợi thế hơn các thiết bị và công cụ đo lường chất lượng nước khác. Hình thức phân tích định lượng này:

• Dễ sử dụng.
• Rất chính xác.
• Loại bỏ rủi ro lỗi do con người.
• Bền bỉ trong mọi điều kiện.
• Di động để sử dụng ở bất kỳ đâu.
• Có thể đo lường hầu như bất kỳ mẫu nước nào.
• Xác định nhanh chóng những thay đổi về chất lượng nước.
• Không cần dùng hóa chất.
• Không yêu cầu xử lý sơ bộ mẫu nước.
• Có thể đo lường liên tục.

Quang phổ kế cũng cung cấp thông tin giá trị về chất lượng nước có thể được sử dụng để đánh giá độ an toàn của nước uống, xác định mức độ ô nhiễm và duy trì độ tinh khiết.

Các tiêu chuẩn chất lượng và độ tinh khiết của nước yêu cầu dữ liệu khách quan thông qua phân tích quang phổ kế để đáp ứng các hướng dẫn nghiêm ngặt như tiêu chuẩn của Hiệp hội Y tế Công cộng Hoa Kỳ (APHA) về chất lượng nước. Quang phổ kế định lượng các phép đo màu APHA bằng cách sử dụng chỉ số màu Hazen và cung cấp phân tích chính xác về chất lượng và độ tinh khiết của nước.

Quang phổ kế là gì và nó hoạt động như thế nào?

Máy quang phổ kế hoặc quang phổ kế là những công cụ giá trị mà các công ty sử dụng để đảm bảo chất lượng và tính nhất quán của các sản phẩm mà họ sản xuất và bán. Chúng có thể cho chúng ta biết liệu dầu có bị ô nhiễm hay không hoặc trái cây đã chín chưa. Chúng đảm bảo rằng nước sốt cà chua yêu thích của bạn có cùng màu đỏ, từ lô này sang lô khác. Chúng cung cấp độ an toàn và hiệu quả của các loại thuốc bạn dùng. Chúng là một công cụ giá trị để đảm bảo sự toàn vẹn của thương hiệu doanh nghiệp và tính nhất quán và hiệu suất vẫn được giữ nguyên trong toàn bộ kho sản phẩm. Để hiểu rõ cách hoạt động của quang phổ kế, chúng ta cần hiểu rõ khoa học quang phổ kế.

Quang phổ kế là khoa học về cách ánh sáng tương tác với vật chất. Những vật thể mà chúng ta nhìn thấy hàng ngày là những dạng vật chất khác nhau – chất rắn, chất lỏng và khí. Bạn có thể ngạc nhiên khi biết rằng vật chất không có màu sắc. Quả táo có màu đỏ là do cách ánh sáng tương tác với thành phần hóa học của quả táo. Khi ánh sáng chiếu vào vật chất, một số bước sóng bị hấp thụ, và một số được phát ra. Chúng ta nhìn thấy và nhận thức ánh sáng được phát ra như ‘màu sắc’.

Quang phổ kế mô phỏng điều kiện quan sát trực quan này, cung cấp thông tin về màu sắc của vật liệu một cách có ý nghĩa và có thể hành động, cho phép các công ty đảm bảo độ chính xác màu sắc và tính nhất quán trong toàn bộ phạm vi sản phẩm và màu sắc thương hiệu của họ.

Vậy làm sao tất cả điều này xảy ra từ quang phổ kế và chúng ta sử dụng nó như thế nào? Khoa học đằng sau công cụ này rất mạnh mẽ và có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau. Để làm rõ, chúng tôi đã thu thập thông tin về cách quang phổ kế góp phần vào việc quản lý màu sắc của nhiều sản phẩm và công nghệ khác nhau, nên hãy cùng chúng tôi khám phá.

Quang phổ kế là gì?

Bạn có thể nhớ lại từ lớp hóa học rằng ánh sáng là một dạng bức xạ điện từ, giống như sóng vi ba và tia gamma. Khi chúng ta nói về phổ ánh sáng, chúng ta đang nói về phổ năng lượng, nơi các mức năng lượng khác nhau tạo ra những gì chúng ta nhận thức là các màu sắc khác. Các màu sắc của cầu vồng theo thứ tự tiến triển của năng lượng nhìn thấy được, với màu đỏ là thấp nhất và màu tím là cao nhất. Các vật liệu hấp thụ tất cả ánh sáng nhìn thấy được có màu đen, trong khi những vật liệu đối diện có màu trắng. Nằm giữa hai màu đó là những vật liệu phát ra một số năng lượng ánh sáng nhất định và hấp thụ những năng lượng khác, hiển thị các màu sắc cụ thể.

Quang phổ kế về cơ bản là một máy đếm ánh sáng được hiệu chỉnh.

“Spectro” ám chỉ việc ánh sáng bị phân tán thành các bước sóng riêng lẻ trong phổ năng lượng điện từ. Một phần năng lượng đó nằm trong phổ tử ngoại và nhìn thấy được, mà quang phổ kế có thể đọc được, trong khi các máy quang phổ kế khác có thể đo bức xạ hồng ngoại.

“Photometer” đo cường độ ánh sáng ở các bước sóng cụ thể và được chia tỷ lệ từ 0 đến 100. Số 0 tương đương với bóng tối hoàn toàn, và 100 là màu trắng hoàn hảo. Một số thuộc tính, như huỳnh quang, cho phép thang đo này vượt quá 100, nên hầu hết các quang phổ kế có thể đạt 150 hoặc 200.

Quang phổ kế được sử dụng để đo màu sắc của vật liệu. Vật liệu có thể là chất rắn, chất lỏng, không trong suốt, bán trong suốt hoặc trong suốt. Các phương pháp khác nhau được sử dụng để đo những vật liệu này, tùy thuộc vào hình dạng và độ trong suốt của chúng. Các vật liệu không trong suốt được đo bằng quang phổ kế phản xạ, đo lượng ánh sáng phản xạ từ mẫu. Ngược lại, các vật liệu trong suốt sử dụng quang phổ kế truyền, đo lượng ánh sáng truyền qua vật liệu. Bất kể phương pháp nào được sử dụng, tất cả các quang phổ kế đều có cùng một công nghệ cơ bản và thiết kế quang học:

• Nguồn sáng được điều khiển để chiếu sáng vật liệu.
• Thấu kính để hội tụ ánh sáng vào đơn sắc kế.
• Đơn sắc kế tách ánh sáng thành các bước sóng màu riêng biệt.
• Bộ chọn bước sóng.
• Bộ dò để định lượng ánh sáng phát ra từ mẫu.
• Màn hình hiển thị kết quả.

Quang phổ kế hoạt động như thế nào?

Quá trình bắt đầu với một nguồn sáng được điều khiển chiếu sáng mẫu được phân tích. Trong trường hợp phản xạ, khi ánh sáng này tương tác với mẫu, một phần bị hấp thụ hoặc phát ra. Ánh sáng phát ra di chuyển đến bộ dò, được phân tích, định lượng và trình bày dưới dạng các thang đo màu và chỉ số chuẩn ngành. Các thang đo màu được sử dụng phổ biến bao gồm Hunter L, a, b, CIELAB, L, C, h và dE Color Difference. Các cơ quan quản lý ngành thường xác định các phép đo cụ thể cho các sản phẩm cụ thể, như chỉ số cà chua và cà phê. Toán học đơn giản trông như thế này:

Trong đó R là hệ số phản xạ. Tất cả các thuật ngữ được đánh giá trên toàn bộ phổ nhìn thấy được từ 400 đến 700 nm.

Trong trường hợp truyền, khi ánh sáng tương tác với mẫu, nó bị hấp thụ, phản xạ hoặc truyền. Ánh sáng truyền đi được thay đổi theo thuật toán thành các thang đo màu và chỉ số liên quan. Một số ví dụ bao gồm APHA (Hiệp hội Y tế Công cộng Hoa Kỳ) cho việc phân tích màu sắc và độ tinh khiết của nước, ASTM D1500 cho việc phân tích màu sắc của hóa chất dầu khí, chỉ số dầu ăn được sử dụng trong thực phẩm và phân tích màu sắc của đồ uống. Toán học đơn giản trông như thế này:

Trong đó T là hệ số truyền. Tất cả các thuật ngữ được đánh giá trên toàn bộ phổ nhìn thấy được từ 400 đến 700 nm.

Phần mềm hiển thị kết quả phân tích màu sắc dưới dạng dữ liệu phổ, đường cong phổ hoặc biểu đồ màu.

Hình học của quang phổ kế

Hình học của quang phổ kế xác định cách sắp xếp của nguồn sáng, mặt phẳng mẫu và bộ dò. Việc chọn hình học chính xác phụ thuộc vào ứng dụng dự định của bạn:

Hình học khuếch tán (hình cầu)

Sử dụng một hình cầu tráng men trắng để chiếu sáng mẫu một cách khuếch tán với góc nhìn 8° (d/8°). Thiết bị hình cầu khuếch tán có thể đo lường với sự phản xạ gương bao gồm hoặc loại trừ.

• Các phép đo bao gồm phản xạ gương loại bỏ sự khác biệt về bề mặt và cung cấp các giá trị tương ứng với sự thay đổi màu sắc.
• Các phép đo loại trừ phản xạ gương loại bỏ sự phản xạ gương trên các bề mặt nhẵn, chỉ đo phản xạ khuếch tán.

Hình học này lý tưởng cho các ứng dụng như việc pha chế màu sắc của lớp phủ, mực in và thuốc nhuộm được áp dụng cho các phương tiện khác nhau như dệt may, lớp phủ ô tô và phương tiện in ấn, nơi việc loại bỏ ảnh hưởng của sự xuất hiện bề mặt (kết cấu và độ bóng) đối với màu sắc được đo và chỉ xem xét những thay đổi màu sắc là điều cần thiết.

Hình học định hướng

Hình học định hướng 45°/0° có ánh sáng chiếu ở góc 45° và đo lường ở 0°. Hình học đảo ngược 0°/45° có ánh sáng chiếu ở 0° và đo lường ở 45°. Đối với hầu hết các ứng dụng, hai hình học này được coi là đồng nghĩa.

Cả hai đều loại trừ sự phản xạ gương trong phép đo (loại trừ phản xạ gương). Điều này cung cấp các phép đo tương ứng với sự thay đổi về màu sắc bề mặt của mẫu do thay đổi màu sắc của sắc tố hoặc kết cấu bề mặt và phù hợp hơn với cách mắt người ‘nhìn thấy’ màu sắc. Những hình học này được sử dụng tốt nhất để kiểm soát chất lượng màu sắc cuối cùng.

Quang phổ kế đa góc

Quang phổ kế này nhìn màu sắc của mẫu ở nhiều góc độ khác nhau. Nó đo các sắc tố hiệu ứng đặc biệt, thay đổi màu sắc tùy thuộc vào góc nhìn và góc chiếu sáng, thường được sử dụng trong sơn ô tô và các sản phẩm mỹ phẩm như sơn móng tay.

Quang phổ kế được sử dụng cho mục đích gì?

Quang phổ kế có nhiều ứng dụng hơn bạn nghĩ. Nghiên cứu, phát triển sản phẩm, kiểm soát chất lượng và chẩn đoán đều có thể hưởng lợi từ dữ liệu của quang phổ kế. Dưới đây là một số ví dụ cụ thể về cách những công cụ mạnh mẽ này được sử dụng:

• Đồ uống: Màu sắc có thể chỉ ra chất lượng của nhiều loại đồ uống, từ nước ngọt và nước ép trái cây đến rượu mạnh và bia, và màu sắc nhất quán rất quan trọng để tạo sự tin tưởng cho khách hàng.
• Dược phẩm: Màu sắc của viên thuốc là một phần không thể thiếu trong việc nhận dạng. Nó có thể không ảnh hưởng đến chức năng của nó, nhưng nó cho mọi người biết những gì họ sử dụng. Các sản phẩm dược phẩm khác, như các thành phần dạng lỏng, có những tiêu chuẩn nghiêm ngặt, một số tiêu chuẩn liên quan đến màu sắc và độ trong suốt. Quang phổ kế giúp đảm bảo màu sắc thương hiệu và xác định các loại thuốc giả.
• Sản phẩm xây dựng: Nếu một nhà thầu xây dựng một ngôi nhà với những mảnh ván ốp tường vinyl không đồng màu, khách hàng có thể sẽ không hài lòng với kết quả. Khi có liên quan đến vẻ ngoài, màu sắc là điều quan trọng. Nhiều vật liệu cũng phản ánh những thay đổi thuộc tính trong màu sắc của chúng. Ví dụ, kim loại được mạ anodi sử dụng một lớp oxit tự nhiên để tăng cường khả năng chống chịu và tính kết dính. Phân tích màu sắc có thể xác nhận rằng mỗi mảnh được sản xuất đều phản ánh những cải tiến này.
• Hóa chất: Hóa chất phải sạch, màu sắc nhất quán và không chứa chất gây ô nhiễm để đảm bảo chức năng đúng cách và khách hàng tin tưởng. Màu sắc rất quan trọng trong việc phân loại nhiều sản phẩm hóa chất và xác định thành phần của chúng.
• Thực phẩm: Sản xuất thực phẩm sử dụng quang phổ kế theo nhiều cách. Từ việc đánh giá độ chín của trái cây đến việc xác định độ tương phản thích hợp của bánh mì và bánh bao, phân tích màu sắc phù hợp với rất nhiều ứng dụng dựa trên thực phẩm.

Đây chỉ là một số ví dụ, nhưng quang phổ kế có thể được tìm thấy trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau, bao gồm cả việc sử dụng bên ngoài sản xuất, như nghiên cứu sinh học quan trọng. Các ứng dụng khác bao gồm tiếp thị cho các thương hiệu phải tìm những màu sắc hấp dẫn nhất cho đối tượng mục tiêu của họ hoặc cải thiện tính nhất quán trong các vật liệu.

Các loại quang phổ kế phổ biến

Bên cạnh các phép đo màu sắc, quang phổ kế có sẵn với nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau để phù hợp với nhu cầu của hoạt động của bạn. Một số loại quang phổ kế phổ biến bao gồm:

Quang phổ kế để bàn

Quang phổ kế để bàn là lý tưởng cho các hoạt động dựa trên phòng thí nghiệm. Hình học định hướng không tiếp xúc cung cấp một phương pháp đo lường độc đáo giúp tránh tiếp xúc với mẫu của bạn, giảm thiểu thời gian chuẩn bị mẫu và dọn dẹp. Các tùy chọn để bàn cung cấp mức độ chính xác và kiểm soát cao nhất.

Quang phổ kế cầm tay

Quang phổ kế cầm tay có thể đo lường mẫu ở bất kỳ đâu, từ khu vực lưu trữ đến sàn sản xuất. Chúng đủ chắc chắn để mang theo bên mình và dễ sử dụng bất cứ khi nào bạn cần. Với phần mềm tiên tiến, các mô hình cầm tay có thể xử lý, giám sát, phân tích và báo cáo kết quả.

Quang phổ kế trực tuyến

Quang phổ kế trực tuyến hoặc trong quy trình được lắp đặt trong quy trình của bạn để cung cấp dữ liệu đo lường màu sắc liên tục trong suốt quá trình sản xuất. Khi sản phẩm của bạn trải qua quá trình sản xuất, các mô hình trực tuyến cung cấp dữ liệu màu sắc liên tục theo thời gian thực và thông báo cho người vận hành về sự thay đổi màu sắc có thể được sửa chữa trước khi xảy ra lỗi.

Kết Luận

Quang phổ kế là một giải pháp tiên tiến, hiệu quả và đáng tin cậy để kiểm soát chất lượng nước, đảm bảo nguồn nước sạch và an toàn cho con người và môi trường. Hach cung cấp đa dạng các loại quang phổ kế, phù hợp với nhiều ứng dụng và nhu cầu khác nhau. Hãy liên hệ với Hach Việt Nam để được tư vấn và hỗ trợ lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất!