Wissenswertes · Trübungsmessung
Formazin: Der Primärstandard der Trübungsmessung
Wer Trübung misst, misst gegen Formazin. Die synthetische Polymersuspension ist seit fast 100 Jahren der weltweit anerkannte Primärstandard, auf dem FTU, FNU, NTU und EBC beruhen. Auf dieser Seite erfahren Sie, was Formazin genau ist, wie die Stammlösung angesetzt wird und worauf es bei der Kalibrierung von Trübungsmessgeräten im Prozess ankommt.
Primärstandard nach ISO 7027 und EPA 180.1
Grundlage von FTU, FNU, NTU und EBC
Referenz seit 1926
Definition
Was ist Formazin?
Formazin ist eine wässrige Suspension eines unlöslichen Polymers, das bei der Reaktion von Hydrazinsulfat mit Hexamethylentetramin entsteht. Die Reaktion liefert eine milchig-weiße Trübung aus Partikeln, die von unter einem bis zu einigen Mikrometern groß sind. Diese Verteilung kommt der vieler realer Prozessmedien recht nahe.
Der eigentliche Vorteil von Formazin liegt in seiner Reproduzierbarkeit. Aus zwei exakt eingewogenen Reinchemikalien lässt es sich jederzeit und an jedem Ort neu herstellen. Deshalb hat es sich gegenüber natürlichen Trübungsstoffen wie Kieselgur als Referenz durchgesetzt. Kingsbury und Clark beschrieben es 1926 erstmals als Standard. Heute schreiben ISO 7027, die EPA-Methode 180.1 sowie die Analysenmethoden von EBC, MEBAK und ASBC Formazin als Kalibrierstandard vor.
Ein Trübungswert ist damit streng genommen keine physikalische Größe, sondern ein Vergleichswert. Er sagt aus: Diese Probe streut so viel Licht wie eine Formazinsuspension mit x Einheiten.
1926
erstmals als Trübungsstandard beschrieben
2
Reinchemikalien genügen für die Herstellung
4000 FTU
Trübung der unverdünnten Stammlösung
Einheiten
Eine Suspension, viele Einheiten
Die unverdünnte Stammlösung ist der gemeinsame Nenner aller Formazin-Einheiten. Je nach Normenwerk trägt derselbe Kolben einen dieser Werte:
4000
FTU / TEF
4000
FNU
4000
NTU
4000
FAU
1000
EBC
69 000
ASBC
Aus der Stammlösung entstehen durch Verdünnen mit partikelfreiem Wasser alle Arbeitsstandards, vom 400-FTU-Kalibrierpunkt bis hinunter in den Trinkwasserbereich.
FTU / TEF (Formazin Turbidity Units)
Der verfahrensneutrale Oberbegriff ohne Festlegung auf Messwinkel oder Wellenlänge. TEF steht für Trübungseinheiten Formazin und ist die deutsche Bezeichnung.
FNU (Formazin Nephelometric Units)
90°-Streulicht bei 860 nm nach ISO 7027. Die Standardeinheit in Europa für Trink- und Abwasser.
NTU (Nephelometric Turbidity Units)
90°-Streulicht mit Weißlicht (Wolframlampe) nach US-EPA 180.1. Im US-Raum und in vielen Datenblättern verbreitet.
FAU (Formazin Attenuation Units)
Durchlicht- bzw. Absorptionsmessung bei 860 nm nach ISO 7027, empfohlen oberhalb von 40 Einheiten.
EBC (European Brewery Convention)
Einheit der Brauindustrie, 1 EBC = 4 FTU. Gemessen bei 650 nm, als 90°-Streulicht oder 12°-Vorwärtsstreuung.
ASBC (American Society of Brewing Chemists)
In Europa kaum gebräuchlich; 1 FTU entspricht etwa 17,25 ASBC-Einheiten.
Gleiche Zahl, anderes Verfahren. Für Formazin sind 1 FNU, 1 NTU und 1 FTU identisch definiert. Bei realen Proben mit Eigenfarbe, Luftblasen oder abweichender Partikelgröße liefern die Verfahren jedoch unterschiedliche Messwerte. Zu jedem Trübungswert gehört deshalb die Angabe der Methode.
Messprinzip
Warum der Messwinkel über die Einheit entscheidet
Trifft Licht auf Partikel, wird es in alle Richtungen gestreut. Wo der Detektor sitzt, entscheidet darüber, was gemessen wird. Unter 90° (nephelometrisch) reagiert das Gerät empfindlich auf kleine Partikel und eignet sich für geringe Trübungen. Unter 12° Vorwärtsstreuung dominieren große Partikel wie Hefezellen oder Filterhilfsmittel. Im Durchlicht (0°) wird die Schwächung des Strahls gemessen, was bei hohen Trübungen besonders robust ist.
Formazin dient in allen drei Geometrien als Referenz. Weil seine Partikel bei 90° und 12° etwa gleich stark streuen, ist es ein neutraler Maßstab. Weicht die Partikelgröße der Probe davon ab, zeigen beide Winkel unterschiedliche Werte. Genau diesen Effekt nutzen moderne Prozess-Trübungsmesser, um Rückschlüsse auf die Partikelgrößenverteilung zu ziehen.
Herstellung
Formazin herstellen: Die 4000-FTU-Stammlösung in fünf Schritten
Formazin ist als Primärstandard nicht über ein fertiges Produkt definiert, sondern über seine Herstellvorschrift. Die klassische Rezeptur nach Standard Methods 2130 B bzw. EPA 180.1 ergibt 4000 NTU. ISO 7027 beschreibt dieselbe Reaktion und verdünnt anschließend auf 400 FNU.
01
Wasser vorbereiten
Destilliertes oder entionisiertes Wasser durch einen 0,1-µm-Membranfilter filtrieren. Die Eigentrübung des Wassers geht sonst direkt in den Standard ein.
02
Lösung A
1,000 g Hydrazinsulfat (N2H6SO4) in Wasser lösen und auf 100 ml auffüllen.
03
Lösung B
10,00 g Hexamethylentetramin (C6H12N4) in Wasser lösen und auf 100 ml auffüllen.
04
Reaktion
Je 5,0 ml der Lösungen A und B mischen und 24 Stunden bei 25 ± 3 °C dunkel stehen lassen. Die Temperatur bestimmt die Partikelgröße. Jedes Kelvin Abweichung verändert den späteren Messwert um etwa 1 bis 2 %.
05
Verdünnen
Die Mischung entspricht 4000 NTU bzw. FTU (1000 EBC). Arbeitsstandards werden mit dem filtrierten Wasser frisch angesetzt, zum Beispiel 1:10 auf 400 FTU oder 1:100 auf 40 FTU.
Sicherheitshinweis: Hydrazinsulfat ist giftig und steht im Verdacht, krebserzeugend zu sein. Die Herstellung gehört in ein entsprechend ausgestattetes Labor mit qualifiziertem Personal, Schutzausrüstung und Abzug. Beachten Sie die Sicherheitsdatenblätter und die Entsorgungsvorschriften. Formazin darf nicht in den Abfluss gelangen.
Praxis
Lagerung und Handhabung von Formazin
Stammlösung 4000 FTU
Dunkel und kühl bei etwa 10 °C gelagert, bleibt die konzentrierte Suspension mehrere Monate stabil. Vor der Entnahme mindestens 2 Minuten kräftig schütteln, danach 15 Minuten entgasen lassen und unmittelbar vor Gebrauch noch einmal vorsichtig schwenken, ohne dabei Luftblasen einzutragen.
Verdünnte Standards
Je stärker verdünnt, desto instabiler. Standards unter 400 FTU am Tag der Kalibrierung ansetzen und sofort verwenden. Unterhalb von 0,5 EBC (2 FTU) sind speziell gefiltertes Wasser und eine Präzisionswaage Pflicht.
Typische Fehlerquellen
Luftblasen, Kratzer und Fingerabdrücke auf Küvetten, Temperaturdifferenzen zwischen Standard und Probe sowie sedimentierte Suspensionen verfälschen das Ergebnis häufiger als das Messgerät selbst.
Inline-Trübungsmessung
Vom Laborstandard zum Prozesswert
Im Prozess wird selten gegen eine Formazinküvette gemessen. Inline-Trübungsmesser werden werkseitig auf Formazin kalibriert und anschließend auf die Einheit des Anwenders abgeglichen, also auf EBC in der Brauerei, FNU in der Wasseraufbereitung oder mg/l und % Feststoff in der Chemie. Formazin bleibt dabei die Rückführungsbasis, die Messungen über Standorte und Gerätegenerationen hinweg vergleichbar macht.
Chemtronic-Trübungsmesssysteme arbeiten nach dem Verhältnisverfahren. Streulicht und Durchlicht werden gleichzeitig erfasst und ins Verhältnis gesetzt. Färbungen des Mediums, Fensterbelag oder die Alterung der Lichtquelle kürzen sich dabei heraus. Übrig bleibt der Partikelanteil, so wie ihn auch der Formazinstandard definiert.
Für die Funktionsprüfung vor Ort kommen zusätzlich stabile Sekundärstandards zum Einsatz, die einmal gegen Formazin eingemessen werden und über Jahre reproduzierbare Kontrollwerte liefern. Mehr zu Normen, Messwinkeln und Partikelgrößen lesen Sie auf unserer Seite Trübungsmessung im Prozess.
Zu den TrübungsmesssystemenVerhältnisverfahren
Streulicht
——————
Durchlicht
= Trübungswert
Partikel erhöhen den Quotienten. Farbe, Fensterbelag und Lampenalterung wirken auf Zähler und Nenner gleichermaßen und kürzen sich heraus.
Alternativen
Was es neben Formazin gibt
Stabilisiertes Formazin
Formazin in stabilisierter Matrix, fertig abgefüllt in definierten Werten. Rückführbar auf den Primärstandard und bis zu zwei Jahre haltbar, dafür deutlich teurer als selbst angesetztes Formazin.
Styrol-Divinylbenzol (AEPA)
Polymermikrosphären mit sehr enger Partikelgrößenverteilung. Ungiftig und lange haltbar, aber geräte- und winkelspezifisch. Der Wert gilt nur für das Gerät, für das der Standard eingemessen wurde.
Kieselgur (Diatomeenerde)
Als Pulver nahezu unbegrenzt lagerfähig, in Suspension jedoch nur Stunden verwendbar und stark von Charge und Korngröße abhängig. Historische Basis der Jackson-Einheiten (JTU).
Feststoff- und Glasstandards
Kein Primärstandard, aber ideal für die schnelle Plausibilitätsprüfung im Betrieb. Sie sind reproduzierbar, unbegrenzt haltbar und kommen ohne Chemikalien aus.
FAQ
Häufige Fragen zu Formazin
Ist Formazin giftig?
Ja. Der Ausgangsstoff Hydrazinsulfat ist toxisch und steht im Verdacht, krebserzeugend zu sein. Formazin gehört nicht in den Abfluss und nur in geschulte Hände.
Worin unterscheiden sich FTU, FNU und NTU?
Für Formazin sind sie identisch, 4000 FTU entsprechen 4000 FNU und 4000 NTU. FNU bezeichnet die 90°-Messung bei 860 nm nach ISO 7027, NTU die 90°-Messung mit Weißlicht nach EPA 180.1. FTU ist der verfahrensneutrale Oberbegriff.
Wie rechne ich EBC in FTU um?
1 EBC = 4 FTU bzw. FNU. 1000 EBC entsprechen der unverdünnten 4000-FTU-Stammlösung.
Wie lange ist Formazin haltbar?
Die 4000-FTU-Stammlösung bleibt dunkel und kühl gelagert mehrere Monate stabil, die 400-FNU-Lösung nach ISO 7027 etwa vier Wochen. Verdünnte Arbeitsstandards halten nur wenige Stunden bis maximal eine Woche.
Kann man Formazin kaufen?
Als Primärstandard im Sinne der Norm wird Formazin vor Ort hergestellt. Im Handel sind stabilisierte Formazinstandards und Polymerstandards erhältlich, die auf Formazin rückgeführt sind.
Warum misst ISO 7027 bei 860 nm?
Im nahen Infrarot absorbieren gelöste Farbstoffe praktisch nicht. Die Messung erfasst so ausschließlich die Partikel und wird nicht von der Eigenfarbe des Mediums verfälscht.
Kontakt
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