Sameus

Sameus on vesistöjen tutkimuksessa yksi luonnonveden tai talousveden ominaisuutta ilmaiseva suure, jolla pyritään selvittämään veden tai muun nesteen läpinäkyvyyttä ja kirkkautta vähentävien tekijöiden kokonaisvaikutusta. Myös ilman tutkimuksessa käytetään käsitettä sameus selitettäessä ilman epäpuhtauksia ja näkyvyyden rajoittumista. Sameus johtuu molemmissa tapauksissa valon kulkuun vaikuttavien hiukkasten runsaudesta. Sameus erotetaan vedenväristä, joka myös vaikuttaa valon kulkuun vedessä. Vedenvärinä pidetään veteen liuenneiden aineiden aiheuttamaa värjäytymää. Kummankin ominaisuuden yhteisvaikutusta voi testata suoraan veneestä tehtävällä vedenpinnan näkösyvyydellä.

Kolme standardinäytettä, jossa sameutta on vasemmalta oikealle 5, 50, and 500 NTU.

Mittaaminen

Sameutta voidaan mitata fysikaalisesti monilla erilaisilla menetelmillä. Niiden mittatulokset annetaan erilaisina yksiköinä. Pääperiaate on suorittaa mittatulosten vertailua referenssinäytteiden sameusarvoihin. Sameusarvoja voidaan mitata manuaalisesti laboratoriossa tai automaattilaitteistolla luonnonvesistössä tai kemianteollisuuden prosessilaitteiston putkistoissa ja säiliöissä.

Gravimetrinen mittaus suoritetaan suodattamalla tai muulla tavalla erottamalla kiinteä aines nesteestä. Näyte kuivataan ja se punnitaan, jolloin saadun arvon yksiköksi tulee grammoja litrassa vettä eli g/l. Tämä on vertailukelpoinen arvo niissä mittauksissa, joissa olosuhteet ovat prosessissa samanlaisia mittauksia tehtäessä. Gravimetrista tulosta ei voida muuntaa muihin alla esitettyihin sameuden yksiköihin, ellei tuloksia korjata tietyillä empiirisillä korjauskertoimilla tai -käyrillä.

Nefelometrinen mittaus tehdään suoraan nesteestä sellaisenaan. Se perustuu nesteeseen läheteyn valon siroamiseen siellä leijuilevista hiukkasista. Valo suunnataan nesteeseen, jossa se himmenee, kun osa valosta siroaa sivuille pienistä hiukkasista. Siroaminen riippuu vedessä olevien hiukkasten lukumäärästä, koosta, muodosta, väristä ja taitekertoimesta. Valoherkkä ilmaisin sijoitetaan valonsäteen sivulle. Yleisin tapa on sijoittaa ilmaisin suoraan sivulle 90° kulmassa säteeseen nähden. Se siis mittaa vain hiukkasista sivulle sironneet valonsäteet. Koska nefelometriset ja gravimetriset mittausarvot eivät ole vertailukelpoiset, suoritetaan vertailu referenssinäytteiden nefleometriasta. Referenssinäytteet on valmistettu tunnetuista aineista, joiden fysiologinen rakenne voidaan hallita.

Turbidometrinen mittauksessa liuokseen lähetetään valoa, joka esimerkiksi siroaa nesteessä olevista hiukkasista, absorboituu niihin tai muuhun nesteeseen liuenneisiin aineisiin tai vähenee muista syistä. Valonilmaisin sijoitetaan suoraan valonsäteen jatkeelle ja se mittaa läpi päässeen jäännösvalon määrän. Tätäkään mittaustapaa ei voi muuttaa gravimetriseksi asteikoksi ilman empiiristä menetelmää, joten sitä verrataan referenssinäytteistä tehtyihin turbidimetrisiin mittauksiin.

Yleisin tapa ilmaista sameutta on käyttää läpinäkyvyyden standardia ISO 7027. Sen yksikkö on 1 FTU (Formazine Turbidity Unit). Sen mittaamiseen tarjotaan monia automaattisesti toimivia mittalaitteita, mutta on olemassa myös avoimia laite- ja ohjelmistojärjestelmiä, jotka antavat validin tuloksen.

Standardit

Vedenkäsittelyssä (ISO 7027) käytettyjä sameuden yksiköitä:

• FTU (Formazine Turbidity Unit)
• FNU (Formazine Nephelometric Units)
• NTU (Nephelometric Turbidity Unit)
• FAU (Formazine Attenuation Units)
• TE/F (Trübungseinheit/Formazin)
• JTU (Jackson Turbidity Unit, vanhentunut yksikkö )

Panimoteollisuudessa

• ASBC (American Society of Brewing Chemists)
• EBC (European Brewery Convention)

Nämä yksiköt ovat likimääräisesti yhteensopivia:

• 1 EBC = 70 ASBC = 4 FNU
• 1 FAU = 1 FNU = 1 FTU = 1 NTU = 17,5 ASBC = 0,25 EBC

FTU ja NTU

Sameuden yksikkö on FTU (Formazin Turbidity Units) ja se mitataan tähän tarkoitukseen valmistetulla mittarilla. Nimestään huolimatta sameus voidaan mitata sekä nefelometrisesti tai turbidometrisesti. Yleisesti ollaan sitä mieltä, että nefelometrinen mittaus on tarkempi, koska valon absorptio ei häiritse tuloksia värillisissä liuoksissa. Tulos voidaan silti ilmoittaa molemmilla yksiköillä 1 FNU = 1 FTU. Ensin valmistetaan referenssinäytteet, joiden sameusarvot vaihtelevat tutkittavan näytteet oletetun sameusarvon molemmilla puolilla. Näytteiden valonmäärää verrataan näytteen valon määrään. Koska valon määrä ja sameusyksiköt riippuvat lineaarisesti toisistaan, voidaan tarkka sameusarvo laske referenssiarvoista verrannolla.

Vesistön sameusarvoja

Ruskea Aurajoen vesi samentaa merivettä Turussa: ilmakuvassa näkyy selvästi valumavesien mukana tuleva kuormitus.

Vesistöjen sameusarvoja:

• alle 1 FTU, kirkas vesi
• 1–5 FTU, lievästi samea vesi (ei erotu paljain silmin)
• 5–10 FTU, sameahko vesi

Suomessa sameusarvot 0–5 FTU ovat tyypillisiä lievästi rehevöityneille järville. Syvänteiden pohjalla saattaa kirkkaissakin vesissä esiintyä sameuden nousua (sameus 5–10 FTU). Kesällä sameus on suurempi kuin talvella päällysvedessä esiintyvän leväsamennuksen takia. Jokivedet ovat yleensä selvästi järvivesiä sameampia, koska eroosio on voimakkaampaa. Kevättulvien aikana rannikon joet ovat erittäin sameita (sameus jopa yli 100 FTU). Lisäksi sameuden vaihtelu on jokivesissä voimakasta vuodenajasta ja säästä riippuen.

Juomaveden sameusarvoja

Eri maiden hallitukset ovat määrittäneet laissa ja asetuksissa juoma- ja talousveden puhtauden vähimmäiskriteerit. Esimerkiksi Yhdysvalloissa on asetettu vesilaitosten jakeluverkon sameuden ylärajaksi 1,0 NTU, mutta sillä edellytyksellä, että 95% kuukauden kaikista näytteistä tulisi alittaa 0,3 NTU. Muun kuin suodatetun veden tuottajien maksimirajaksi on asetettu 5 NTU. Silti useat vedentuottajat alittavat 0,1 NTU rajan. Näitä valvoo Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto.

Euroopan unionin juomaveden standardit eivät huomioi sameusarvoja , mutta Maailman terveysjärjestö asettaa ylärajaksi 5 NTU ja ideaaliseksi rajaksi 1 NTU.

Sameus ekosysteemissä

Veden sameus johtuu veteen joutuneista kiinteistä hiukkasista tai suurista veteen liukenemattomista yhdisteistä. Kiinteitä hiukkasia ovat esimerkiksi pelloilta huuhtoutuneita tai ojien varsilta veteen joutuneita savihiukkasia. Suoalueilla veteen joutuu pintahuuhtoutuman vuoksi humusta. Humuksen joukossa on silin havaittavia tai pienempiä kasvinosia tai suuria veteen liukenemattomia humusaineiden molekyylejä. Monet ioniyhdisteet saattavat sakkautua vaikealiukoiseen muotoon veden olosuhteiden muuttuessa. Tällaisia aineita ovat fosfaattiyhdisteet, rautayhdisteet ja muut pieninä pitoisuuksian veteen joutuneita muita yhdisteitä. Ne saattavat sakkautua vaikealiukoiseen muotoon happamus- tai happipitoisuusolosuhteiden muuttuessa. Metalli usein kolloiduvat muodostaen vettä sameuttavia hiukkasia. Hiukkaset painuvat yleensä hiljalleen vesistön pohjalle sedimenttiin, mutta ennen sitä vesi voi olla pitkään niistä samea. Juomavedessä sameuden aiheuttaa tavallisimmin ilma, joka poistuu, kun vettä seisotetaan.

Historiaa

Vanhimpia tapoja mitata sameutta oli käden työntäminen veteen veneestä. Tätä tarkempaa oli käyttää Secchin levyä, jolla saatiin selville näkösyvyys.

Malli historiallisesta mittauskortista, joka sijaitsi sameaa liuosta sisältäneen näyteastian takana.

Aiemmin liuoksen sameutta mitattiin kortilla, joka sijoitettiin näyteastian taakse. Siitä arvioitiin sameus samalla tavalla kuin näöntarkastuksessakin eli pienin vielä eroteltavissa oleva luku oli sameuden arvo. Menetelmä oli epätarkka ja subjektiivinen.

Katso myös

• Ilman sameus vaikuttaa näkyvyyteen

Aiheesta muualla

• USGS: Turbidity–Units of Measurement
• HACH: What is the difference between the turbidity units NTU, FNU, FTU, and FAU? What is a JTU? (Arkistoitu – Internet Archive)
• John Daly: What is Turbidity? (Arkistoitu – Internet Archive), ISA
• ISO: ISO/TC 147 - Water quality