Дефиницията на онлайн сензори за наблюдение на качеството на водата

Дефиниция на сензори за качество на водата

Сензорът за качество на водата е аналитично устройство, способно да открива едно или повече специфични физични или химични свойства във водните тела и да преобразува концентрацията или интензитета на тези свойства в електрически сигнали, които могат да бъдат записани, показани и обработени.

С прости думи, неговите основни функции са 'възприемане' и 'трансформация':

Възприемане: Чрез специфични чувствителни елементи (като електроди, мембрани, оптични сонди) възникват физически или химични реакции с целевите вещества във водната проба.

Преобразуване: Преобразувайте промените, причинени от реакцията (като потенциал, ток, интензитет на светлината и температурни промени) в стандартизирани електрически сигнали (като 4-20mA ток, цифрови сигнали).

Сензорите за качество на водата са основните единици за изграждане на съвременни системи за мониторинг на качеството на водата, като онлайн автоматични станции за мониторинг, шамандури и мобилни кораби за мониторинг.

2. Какви са конвенционалните 5 параметъра за измерване?

Петте конвенционални параметъра за качество на водата са най-фундаменталните и основни индикатори за оценка на основното състояние на качеството на водата. Те обикновено включват:

Температура: влияе върху разтворения кислород във водата, активността на микроорганизмите и скоростта на химичните реакции и е основен параметър, който трябва да се коригира при почти всички измервания.

pH стойност: Характеризира киселинността или алкалността на водните тела и има решаващо въздействие върху оцеляването на водните организми и миграцията и трансформацията на замърсителите.

Разтворен кислород: Отнася се до концентрацията на молекулярен кислород, разтворен във вода, и е ключов индикатор за измерване на капацитета за самопречистване на водните тела и оценка на състоянието на оцеляване на водните организми.

Проводимост: Тя косвено характеризира общата концентрация на разтворени йони във водата (т.е. соленост или общо разтворени твърди вещества TDS) и може да се използва за определяне на степента на минерализация или замърсяване на водните тела.

Мътност: Показва степента, до която водните тела възпрепятстват преминаването на светлина, причинена от суспендирани частици във водата (като утайки, водорасли и органична материя), и е важен индикатор за сензорни свойства и чистота.

Забележка: В някои специфични сценарии 'петте параметъра' може да варират леко. Например понякога може да се включи 'REDOX потенциал' или 'соленост', но горните пет са най-често срещаните и признати определения.

3. Какви видове оптични сензори са включени?

Оптичните сензори измерват въз основа на принципите на взаимодействие между веществата и светлината (като абсорбция, разсейване, флуоресценция, фосфоресценция и др.). Те обикновено имат предимствата, че нямат нужда от реагенти, бърза реакция и са по-малко податливи на електромагнитни смущения.

Основните видове включват:

Сензор за спектър на поглъщане на ултравиолетова видима светлина

Принцип: Измерете степента, до която водните проби абсорбират ултравиолетова или видима светлина със специфични дължини на вълната и изчислете концентрацията на замърсители въз основа на закона на Beer-Lambert.

Приложение: Измерване на COD (химическа потребност от кислород), NO3-N (нитратен азот), TOC (общ органичен въглерод), специфични органични вещества (като вещества от серията бензен) и др.

Сензор за флуоресценция

Принцип: Светлина с определена дължина на вълната (възбуждаща светлина) се осветява върху водната проба и се измерва интензитетът на светлината с по-дълга дължина на вълната (емисионна светлина), излъчвана от веществото, след като е възбудено.

Приложение

Сензор за хлорофил a: Чрез измерване на интензитета на флуоресценция на хлорофила във водораслите, той оценява концентрацията на водорасли и е важен инструмент за ранно предупреждение за цъфтеж на водорасли.

Сензори CDOM/FDOM: Измерват концентрацията на оцветена/флуоресцентна разтворена органична материя, използвани за проследяване на органичното замърсяване и оценка на еутрофикацията на водата.

Петролни сензори: Използвайки флуоресцентните характеристики на полицикличните ароматни въглеводороди в суровия нефт, те наблюдават замърсяването с нефт.

Сензор за мътност/разсеяна светлина

Принцип: Измерете интензитета на разсейване на светлината от суспендирани частици във вода. Обикновено се използват детектори с ъгъл от 90° или 180° (пропусната светлина).

Приложение: Директно измерване на мътност.

Сензор за лазерен спектър

Принцип: Използвайки лазер като източник на светлина, той има предимствата на добра монохроматичност и висока яркост и може да постигне изключително чувствителни измервания, като раманова спектроскопия и регулируема диодна лазерна абсорбционна спектроскопия.

Приложение: Използва се за измерване на разтворени газове (като метан CH4, въглероден диоксид CO2) и различни следи от замърсители.

4. Какви видове йонни сензори са включени?

Йонните сензори се използват главно за откриване на концентрацията на специфични йони във вода и тяхната сърцевина се крие в йон-селективни електроди или подобни електрохимични сензорни технологии.

Основните видове включват:

Йон-селективен електрод

Принцип: В горната част на електрода има специална йон-селективна мембрана, която реагира само на целевия йон, като по този начин генерира потенциална разлика от двете страни на мембраната. Големината на тази потенциална разлика е право пропорционална на логаритъма на йонната концентрация (уравнение на Нернст).

Често срещани типове

pH електрод: Най-класическият ISE, чувствителен към H+.

Амонячен азотен електрод: Той измерва NH3 във вода през газопропусклива мембрана и след това го преобразува в концентрация на амонячен азот.

Нитратен електрод: Измерва NO3-.

Флуориден електрод: Измерва F-.

Цианиден електрод: Измерва CN-.

Калциеви, калиеви, натриеви, хлоридни йонни електроди и др.

Сензор за волт-ампер

Принцип: Чрез прилагане на променливо напрежение към работния електрод се измерва токът, генериран от REDOX реакцията. Пиковият ток е свързан с концентрацията на йони.

Приложение: Често се използва за измерване на йони на тежки метали, като олово Pb⊃2;⁺, кадмий Cd⊃2;⁺, мед Cu⊃2;⁺, цинк Zn⊃2;⁺ и др., с изключително висока чувствителност.

Обобщение и сравнение

Категория на сензора	Основен принцип	Предимства	Типични измервателни показатели
Оптичен сензор	Взаимодействието между светлина и материя (абсорбция, разсейване, флуоресценция)	Не изисква реагенти, има бърза реакция, може да бъде непрекъснато наблюдаван и изисква относително ниска поддръжка	Мътност, ХПК, хлорофил а, нитрати, разтворени органични вещества
Сензор за йони	Промени в електрохимичния потенциал или ток (йон-селективни мембрани, REDOX реакции)	Добра селективност, директно измерване и приложимост към множество йони	Амонячен азот, нитрат, флуорид, цианид, pH, йони на различни тежки метали