Definice online senzorů pro monitorování kvality vody

Definice senzorů kvality vody

Senzor kvality vody je analytické zařízení schopné detekovat jednu nebo více specifických fyzikálních nebo chemických vlastností ve vodních útvarech a převádět koncentraci nebo intenzitu těchto vlastností na elektrické signály, které lze zaznamenávat, zobrazovat a zpracovávat.

Jednoduše řečeno, jeho hlavními funkcemi jsou 'vnímání' a 'transformace' :

Vnímání: Prostřednictvím specifických citlivých prvků (jako jsou elektrody, membrány, optické sondy) dochází k fyzikálním nebo chemickým reakcím s cílovými látkami ve vzorku vody.

Převod: Převeďte změny způsobené reakcí (jako je potenciál, proud, intenzita světla a změny teploty) na standardizované elektrické signály (jako je proud 4-20 mA, digitální signály).

Senzory kvality vody jsou základními jednotkami pro budování moderních systémů monitorování kvality vody, jako jsou online automatické monitorovací stanice, bóje a mobilní monitorovací plavidla.

2. Jaké jsou konvenční parametry pro měření?

Pět konvenčních parametrů jakosti vody je nejzákladnějšími a klíčovými ukazateli pro hodnocení základního stavu jakosti vody. Obvykle zahrnují:

Teplota: Ovlivňuje rozpuštěný kyslík ve vodě, aktivitu mikroorganismů a rychlost chemických reakcí a je základním parametrem, který je potřeba korigovat téměř u všech měření.

Hodnota pH: Charakterizuje kyselost nebo zásaditost vodních útvarů a má rozhodující vliv na přežití vodních organismů a migraci a přeměnu znečišťujících látek.

Rozpuštěný kyslík: Vztahuje se na koncentraci molekulárního kyslíku rozpuštěného ve vodě a je klíčovým ukazatelem pro měření samočistící schopnosti vodních útvarů a hodnocení stavu přežití vodních organismů.

Vodivost: Nepřímo charakterizuje celkovou koncentraci rozpuštěných iontů ve vodě (tj. salinitu nebo celkové množství rozpuštěných pevných látek TDS) a lze ji použít ke stanovení stupně mineralizace nebo znečištění vodních útvarů.

Zákal: Udává, do jaké míry vodní útvary brání průchodu světla způsobenému suspendovanými částicemi ve vodě (jako jsou sedimenty, řasy a organická hmota) a je důležitým indikátorem senzorických vlastností a čistoty.

Poznámka: V určitých specifických scénářích se může 'pět parametrů' mírně lišit. Někdy mohou být zahrnuty například 'REDOXní potenciál' nebo 'slanost', ale výše uvedených pět je nejběžnějších a nejuznávanějších definic.

3. Jaké typy optických senzorů jsou součástí dodávky?

Optické senzory měří na základě principů interakce mezi látkami a světlem (jako je absorpce, rozptyl, fluorescence, fosforescence atd.). Obvykle mají tu výhodu, že nepotřebují činidla, rychlou odezvu a jsou méně náchylné k elektromagnetickému rušení.

Mezi hlavní typy patří:

Senzor absorpčního spektra ultrafialového světla

Princip: Změřte míru, do jaké vzorky vody absorbují ultrafialové nebo viditelné světlo konkrétních vlnových délek, a vypočítejte koncentraci znečišťujících látek na základě Beer-Lambertova zákona.

Použití: Měření CHSK (Chemical Oxygen Demand), NO3-N (dusičnanový dusík), TOC (Total Organic Carbon), specifických organických látek (jako jsou látky benzenové řady) atd.

Fluorescenční senzor

Princip: Na vzorek vody svítí světlo o určité vlnové délce (excitační světlo) a měří se intenzita světla o delší vlnové délce (emisního světla) emitovaného látkou po jejím vybuzení.

Aplikace

Chlorofyl a senzor: Měřením intenzity fluorescence chlorofylu v řasách odhaduje koncentraci řas a je důležitým nástrojem pro včasné varování před výkvěty řas.

CDOM/FDOM senzory: Měří koncentraci barevné/fluorescenční rozpuštěné organické hmoty, používané pro sledování organického znečištění a hodnocení eutrofizace vody.

Ropné senzory: S využitím fluorescenčních charakteristik polycyklických aromatických uhlovodíků v ropě monitorují znečištění ropy.

Senzor zákalu/rozptýleného světla

Princip: Změřte intenzitu rozptylu světla suspendovanými částicemi ve vodě. Obvykle se používají detektory s úhlem 90° nebo 180° (procházející světlo).

Použití: Přímé měření zákalu.

Laserový spektrální senzor

Princip: Použití laseru jako zdroje světla má výhody dobré monochromatičnosti a vysokého jasu a může dosáhnout extrémně citlivých měření, jako je Ramanova spektroskopie a laditelná diodová laserová absorpční spektroskopie.

Použití: Používá se k měření rozpuštěných plynů (jako je metan CH4, oxid uhličitý CO2) a různých stopových škodlivin.

4. Jaké typy iontových senzorů jsou součástí dodávky?

Iontové senzory se používají především k detekci koncentrace specifických iontů ve vodě a jejich jádro spočívá v iontově selektivních elektrodách nebo podobných elektrochemických technologiích snímání.

Mezi hlavní typy patří:

Iontově selektivní elektroda

Princip: V horní části elektrody je speciální iontově selektivní membrána, která reaguje pouze na cílový iont, čímž vytváří potenciálový rozdíl na obou stranách membrány. Velikost tohoto rozdílu potenciálu je přímo úměrná logaritmu koncentrace iontů (Nernstova rovnice).

Běžné typy

pH elektroda: Nejklasičtější ISE, citlivá na H+.

Amoniaková dusíková elektroda: Měří NH3 ve vodě přes membránu propouštějící plyn a poté jej převádí na koncentraci amoniakálního dusíku.

Dusičnanová elektroda: Měří NO3-.

Fluoridová elektroda: Měří F-.

Kyanidová elektroda: Měří CN-.

Elektrody na bázi vápníku, draslíku, sodíku, chloridových iontů atd.

Voltampérový snímač

Princip: Přivedením proměnlivého napětí na pracovní elektrodu se měří proud generovaný REDOX reakcí. Špičkový proud souvisí s koncentrací iontů.

Použití: Často se používá k měření iontů těžkých kovů, jako je olovo Pb⊃2;⁺, kadmium Cd⊃2;⁺, měď Cu⊃2;⁺, zinek Zn⊃2;⁺, atd. s extrémně vysokou citlivostí.

Shrnutí a srovnání

Kategorie snímače	Základní princip	Výhody	Typické indikátory měření
Optický senzor	Interakce mezi světlem a hmotou (absorpce, rozptyl, fluorescence)	Nevyžaduje žádná činidla, má rychlou odezvu, lze jej nepřetržitě monitorovat a vyžaduje relativně nízkou údržbu	Zákal, CHSK, chlorofyl a, dusičnany, rozpuštěné organické látky
Iontový senzor	Změny elektrochemického potenciálu nebo proudu (iontově selektivní membrány, REDOX reakce)	Dobrá selektivita, přímé měření a použitelné pro více iontů	Amoniakální dusík, dusičnany, fluorid, kyanid, pH, různé ionty těžkých kovů