Definitionen af ​​online sensorer til overvågning af vandkvalitet

Definitionen af ​​vandkvalitetssensorer

En vandkvalitetssensor er en analytisk enhed, der er i stand til at detektere en eller flere specifikke fysiske eller kemiske egenskaber i vandområder og konvertere koncentrationen eller intensiteten af ​​disse egenskaber til elektriske signaler, der kan optages, vises og behandles.

Enkelt sagt er dens kernefunktioner 'perception' og 'transformation':

Perception: Gennem specifikke følsomme elementer (såsom elektroder, membraner, optiske prober) sker fysiske eller kemiske reaktioner med målstofferne i vandprøven.

Konvertering: Konverter ændringerne forårsaget af reaktionen (såsom potentiale, strøm, lysintensitet og temperaturændringer) til standardiserede elektriske signaler (såsom 4-20mA strøm, digitale signaler).

Vandkvalitetssensorer er de grundlæggende enheder til at bygge moderne vandkvalitetsovervågningssystemer, såsom online automatiske overvågningsstationer, bøjer og mobile overvågningsfartøjer.

2. Hvad er de konventionelle 5 parametre til måling?

De fem konventionelle parametre for vandkvalitet er de mest fundamentale og centrale indikatorer til evaluering af vandkvalitetens grundlæggende status. De omfatter normalt:

Temperatur: Det påvirker den opløste ilt i vand, aktiviteten af ​​mikroorganismer og hastigheden af ​​kemiske reaktioner, og er en grundlæggende parameter, der skal korrigeres i næsten alle målinger.

pH-værdi: Den karakteriserer surhedsgraden eller alkaliniteten af ​​vandområder og har en afgørende indflydelse på overlevelsen af ​​vandlevende organismer og migration og omdannelse af forurenende stoffer.

Opløst oxygen: Det refererer til koncentrationen af ​​molekylært oxygen opløst i vand og er en nøgleindikator til måling af vandområders selvrensende kapacitet og vurdering af vandorganismers overlevelsesstatus.

Ledningsevne: Den karakteriserer indirekte den totale koncentration af opløste ioner i vand (dvs. saltholdighed eller totalt opløste faste stoffer TDS), og kan bruges til at bestemme graden af ​​mineralisering eller forurening af vandområder.

Turbiditet: Det angiver i hvilken grad vandområder hæmmer passagen af ​​lys, forårsaget af suspenderede partikler i vand (såsom sediment, alger og organisk materiale), og er en vigtig indikator for sensoriske egenskaber og renlighed.

Bemærk: I visse specifikke scenarier kan de 'fem parametre' variere lidt. For eksempel kan 'REDOX-potentiale' eller 'saltindhold' nogle gange være inkluderet, men ovenstående fem er de mest almindelige og anerkendte definitioner.

3. Hvilke typer optiske sensorer er inkluderet?

Optiske sensorer måler ud fra vekselvirkningsprincipperne mellem stoffer og lys (såsom absorption, spredning, fluorescens, phosphorescens osv.). De har sædvanligvis fordelene ved, at der ikke er behov for reagenser, hurtigt reagerer og er mindre modtagelige for elektromagnetisk interferens.

Hovedtyperne omfatter:

Ultraviolet-synligt lysabsorptionsspektrumsensor

Princip: Mål i hvilken grad vandprøver absorberer ultraviolet eller synligt lys af specifikke bølgelængder, og beregn koncentrationen af ​​forurenende stoffer baseret på Beer-Lamberts lov.

Anvendelse: Måling af COD (Chemical Oxygen Demand), NO3-N (nitrat nitrogen), TOC (Total Organic Carbon), specifikke organiske stoffer (såsom benzen serie stoffer), etc.

Fluorescens sensor

Princip: Lys med en bestemt bølgelængde (excitationslys) skinner på vandprøven, og intensiteten af ​​det længere bølgelængde lys (emissionslys), der udsendes af stoffet, efter at det er exciteret, måles.

Anvendelse

Klorofyl a-sensor: Ved at måle klorofyls fluorescensintensitet i alger estimerer den koncentrationen af ​​alger og er et vigtigt værktøj til tidlig advarsel om algeopblomstring.

CDOM/FDOM-sensorer: Mål koncentrationen af ​​farvet/fluorescerende opløst organisk materiale, der bruges til at spore organisk forurening og vurdere vandeutrofiering.

Petroleumssensorer: Ved at bruge fluorescensegenskaberne for polycykliske aromatiske kulbrinter i råolie overvåger de olieforurening.

Turbiditet/spredningslyssensor

Princip: Mål spredningsintensiteten af ​​lys med suspenderede partikler i vand. Detektorer med en vinkel på 90° eller 180° (transmitteret lys) anvendes normalt.

Anvendelse: Direkte måling af turbiditet.

Laser spektrum sensor

Princip: Ved at bruge laser som lyskilde har den fordelene ved god monokromaticitet og høj lysstyrke og kan opnå ekstremt følsomme målinger, såsom Raman-spektroskopi og tunable diode-laserabsorptionsspektroskopi.

Anvendelse: Det bruges til at måle opløste gasser (såsom metan CH4, kuldioxid CO2) og forskellige sporforurenende stoffer.

4. Hvilke typer ionsensorer er inkluderet?

Ionsensorer bruges hovedsageligt til at detektere koncentrationen af ​​specifikke ioner i vand, og deres kerne ligger i ion-selektive elektroder eller lignende elektrokemiske sensorteknologier.

Hovedtyperne omfatter:

Ion-selektiv elektrode

Princip: Øverst på elektroden er der en speciel ion-selektiv membran, der kun reagerer på målionen og derved genererer en potentialforskel på begge sider af membranen. Størrelsen af ​​denne potentialforskel er direkte proportional med logaritmen af ​​ionkoncentrationen (Nernst-ligningen).

Almindelige typer

pH-elektrode: Den mest klassiske ISE, følsom over for H+.

Ammoniaknitrogenelektrode: Den måler NH3 i vand gennem en gasgennemtrængningsmembran og omdanner den derefter til ammoniaknitrogenkoncentration.

Nitratelektrode: Måler NO3-.

Fluorelektrode: Måler F-.

Cyanidelektrode: Måler CN-.

Calcium-, kalium-, natrium-, chloridionelektroder osv.

Volt-ampere sensor

Princip: Ved at påføre en varierende spænding på arbejdselektroden måles den strøm, der genereres af REDOX-reaktionen. Spidsstrømmen er relateret til ionkoncentrationen.

Anvendelse: Det bruges ofte til at måle tungmetalioner, såsom bly Pb⊃2;⁺, cadmium Cd⊃2;⁺, kobber Cu⊃2;⁺, zink Zn⊃2;⁺ osv., med ekstrem høj følsomhed.

Sammenfatning og sammenligning

Sensorkategori	Kerneprincip	Fordele	Typiske måleindikatorer
Optisk sensor	Interaktionen mellem lys og stof (absorption, spredning, fluorescens)	Det kræver ingen reagenser, har en hurtig respons, kan overvåges kontinuerligt og kræver relativt lav vedligeholdelse	Turbiditet, COD, klorofyl a, nitrat, opløst organisk stof
Ion sensor	Ændringer i elektrokemisk potentiale eller strøm (ion-selektive membraner, REDOX-reaktioner)	God selektivitet, direkte måling og anvendelig til flere ioner	Ammoniak nitrogen, nitrat, fluorid, cyanid, pH, forskellige tungmetalioner