Po zrozumieniu skąd pochodzi rozpuszczony tlen (Część 1) i jak nierównomiernie jest rozprowadzany przez staw przez jeden dzień (Część 2), następne pytanie jest praktyczne: w jaki sposób mierzysz je w sposób ciągły i niezawodny? W przeszłości stosowano cztery metody, ale dziś w monitorowaniu produkcji często występują tylko dwie.
1. Nazwa Winklera (jodometryczna) - metoda referencyjna laboratorium
Metoda Winkler jest techniką wet- chemia: diwalentny mangan jest utleniony rozpuszczonym tlenem w próbce, tworząc osad, który - w warunkach kwaśnych - uwalnia jodynę w ilości bezpośrednio proporcjonalnej do pierwotnego stężenia DO. Jod jest następnie miareczkowany w stosunku do standardowego roztworu tiosiarczanu sodu do obliczenia DO.
- Dokładność: wysokie - około 0,2 mg / l, w zakresie 0- 10 mg / l, i pozostaje metoda referencyjna laboratoria stosowane do kalibracji innych instrumentów.
- / manualna, reagent- based, i powolny. Nie może działać w sposób ciągły lub bez nadzoru, co wyklucza go dla staw w czasie rzeczywistym lub monitorowania procesu.
2. Membrana (typ Clark-) Metody elektrody
Elektrody membranowe zmierzają elektrochemicznie za membraną przepuszczalną gazowo (powszechnie PTFE, PVC, polietylen lub silikon), która pozwala na przedostanie się tlenu przez roztwór masowy, ale blokuje go. Stosuje się dwa warianty:
Elektrody galwaniczne
Elektrody parafują szlachetnie metalową katodę (platynę, złoto lub srebro) z łatwo utlenioną anodą (zazwyczaj ołów), zanurzoną w wodorotlenku potasu / chlorku potasu elektrolitu. Gdy tlen przenika przez błonę, zmniejsza się w katody, podczas gdy anoda jest utleniana, generując prąd proporcjonalny do stężenia DO - spontanicznie, bez zewnętrznego napięcia polaryzacyjnego. Oznacza to, że sensory galwaniczne nie potrzebują czujników polaryzacji, ale zużywają tlen (i powoli zużywają anody) w ramach pomiaru, a odczyty są wrażliwe na natężenie przepływu przez membranę.
Elektrody polaryzacyjne
Tutaj, platynowa katoda i anoda srebrno-chlorku siedzi w elektrolicie KCl, z zewnętrznym napięciem polaryzacji (powszechnie ~ 0.68 & nbsp; V) stosowane na nich. Tlen przechodzący przez membranę jest zmniejszony w katody, a wynikający z niej prąd dyfuzyjny jest proporcjonalny do DO po kompensacji temperatury przez wbudowany termistor. Ponieważ stosowane napięcie wymaga czasu, aby ustabilizować, sondy polaryzacyjne zazwyczaj potrzebują około 15 minut ogrzania / polaryzacji przed dokładnym odczytem jest możliwe.
Wspólne ograniczenia elektrod membranowych: Oba typy wymagają okresowej wymiany membrany i uzupełniania elektrolitów, oba są wrażliwe na natężenie przepływu i wymagają regularnej kalibracji, a oba rodzaje zużywają tlen podczas pomiaru - co samo w sobie może wypaczyć odczyty w wodzie o bardzo niskim przepływie.
3. Fluorescencja optyczna - aktualny standard monitorowania ciągłego
Czujniki fluorescencyjne DO działają na zupełnie innej, wolnej od zanieczyszczeń zasadzie: tłumienie tlenu fluorescencji. Niebieska dioda LED wzbudza fluorescencyjną powłokę na końcówce czujnika, która następnie emituje czerwone światło i rozkłada się z powrotem do stanu gruntu w charakterystycznym czasie. Cząsteczki tlenu - będące paramagnetyczne - oddziałują z podnieconymi fluorescencyjnymi cząsteczkami i skracają zarówno intensywność fluorescencji, jak i jej czas rozpadu, po związku Stern- Volmer:
I0/ I = τ0/ τ = 1 + Ksv[O2]
gdzie0/ τ0 są natężenie / żywotność fluorescencji bez obecności tlenu, I / τ są wartościami pod rzeczywistym poziomem tlenu próbki, Ksv jest stałą Stern- Volmer dla danego czujnika, i [O2] to częściowe ciśnienie tlenu. Mierząc zmianę okresu trwałości fluorescencji (która jest bardziej stabilna niż sama intensywność pomiaru), czujnik oblicza DOO bezpośrednio, następnie stosuje automatyczne kompensacje temperatury i ciśnienia za pomocą czujnika temperatury wbudowanej.
Dlaczego fluorescencja stała się domyślną metodą monitorowania pola i procesu:
- Brak membrany, elektrolitów, brak stopnia polaryzacji - nic do zastąpienia pomiędzy kalibracjami
- Nie zużywa tlenu podczas pomiaru, więc nie ma wpływu na przepływ
- Niezakłócone przez siarkowodór lub inne substancje zanieczyszczające działające elektrochemicznie, które odrzucają czujniki elektrodezowe
- Niski zrzut długookresowy, szybka reakcja i ogólnie lepsza dokładność w ciągłym rozmieszczeniu niż elektrody membranowe
Porównanie metod
| Metoda | Ciągłe stosowanie | Konserwacja | Flow- rate czuły? | Typowa dokładność |
|---|---|---|---|---|
| miareczkowanie Winklera | Nie (tylko laboratorium) | Wysokie (odczynniki, ręczne) | brak danych | - 0, 2 mg / L |
| Elektroda galwaniczna | Tak | Średni (membrana / elektrolit) | Tak | Średni |
| Elektroda polarna | Tak (po ogrzaniu) | Średnie | Tak | Średni |
| Fluorescencja optyczna | Tak | Niski | Nie | Wysoki, niski dryf |
Wybór rozpuszczonego czujnika tlenu
W przypadku kontroli na miejscu i kalibracji laboratoryjnej, miareczkowanie lub przenośny miernik membrany jest nadal w porządku. Do ciągłego monitoringu w stawach, zbiornikach, ścieki baseny, lub wody procesowej - gdzie niezawodność, niska konserwacja, i odporność na fouling materia najbardziej - czujniki oparte na fluorescencji są teraz praktycznym domyślnym.
Kacise 's Czujnik rozpuszczonego tlenu fluorescencyjnego jest zbudowany wokół tej zasady dla dokładnie tego przypadku użycia, i pasuje naturalnie obok naszych innych czujniki jakości wody dla stron monitorujących wieloparametry. Typowe specyfikacje dla tej klasy przyrządów:
Jeśli wykonujesz monitorowanie DOW na wielu stawach, zbiornikach lub etapach leczenia i chcesz pomóc dopasować zakres czujników, wyjście i montaż do określonego ustawienia, skontaktuj się z zespołem Kacise 'a - możemy pomóc Ci Spec odpowiedniej konfiguracji w oparciu o warunki wody i codzienne huśtawki DO objęte Część 1 oraz Część 2 tej serii.
FAQ
P: Jaka jest najdokładniejsza metoda pomiaru rozpuszczonego tlenu?
A: Metoda miareczkowania Winkler (jodometryczna) jest metodą odniesienia laboratoryjnego, dokładną do około 0,2 mg / l w zakresie 0- 10 mg / L - ale jest manualna i nie może być prowadzona w sposób ciągły.
P: Czy czujniki rozpuszczonego tlenu membranowego wymagają konserwacji?
A: Tak. Elektrody galwaniczne i polaryzacyjne wymagają okresowej wymiany błony i uzupełniania elektrolitów, są wrażliwe na natężenie przepływu i wymagają regularnej kalibracji.
P: Dlaczego czujniki fluorescencyjne rozpuszczonego tlenu są preferowane do ciągłego monitorowania?
A: Nie mają membrany ani elektrolitów, nie zużywają tlenu podczas pomiaru, nie są dotknięte przez natężenie przepływu, odporne na zakłócenia siarkowodoru, i wykazują niskie długoterminowe dryfowanie - co czyni je praktycznym domyślnym dla monitorowania bez nadzoru.
P: Jak długo musi się rozgrzewać sonda "DO"?
A: Ponieważ stosowane napięcie polaryzacyjne wymaga czasu na stabilizację, sondy polaryzacyjne zazwyczaj potrzebują około 15 minut rozgrzewania, zanim możliwe będzie dokładne odczytanie.
Bibliografia
- US Geological Survey, National Field Manual for the Collection of Water- Quality Data - Rozdział A6.2, rozpuszczony tlen (obejmuje metody pomiaru Winklera, elektrody oraz luminancji / fluorescencji).
