La definición de sensores de monitoreo de la calidad del agua en línea.

La definición de sensores de calidad del agua.

Un sensor de calidad del agua es un dispositivo analítico capaz de detectar una o más propiedades físicas o químicas específicas en cuerpos de agua y convertir la concentración o intensidad de estas propiedades en señales eléctricas que pueden registrarse, visualizarse y procesarse.

En términos simples, sus funciones principales son 'percepción' y 'transformación':

Percepción: A través de elementos sensibles específicos (como electrodos, membranas, sondas ópticas) se producen reacciones físicas o químicas con las sustancias objetivo en la muestra de agua.

Conversión: convierta los cambios causados ​​por la reacción (como cambios de potencial, corriente, intensidad de la luz y temperatura) en señales eléctricas estandarizadas (como corriente de 4-20 mA, señales digitales).

Los sensores de calidad del agua son las unidades fundamentales para la construcción de sistemas modernos de monitoreo de la calidad del agua, como estaciones de monitoreo automático en línea, boyas y embarcaciones de monitoreo móviles.

2. ¿Cuáles son los 5 parámetros convencionales de medición?

Los cinco parámetros convencionales de la calidad del agua son los indicadores más fundamentales y centrales para evaluar el estado básico de la calidad del agua. Suelen incluir:

Temperatura: Afecta al oxígeno disuelto en el agua, a la actividad de los microorganismos y a la velocidad de las reacciones químicas, y es un parámetro fundamental que debe corregirse en casi todas las mediciones.

Valor pH: Caracteriza la acidez o alcalinidad de los cuerpos de agua y tiene un impacto decisivo en la supervivencia de los organismos acuáticos y en la migración y transformación de contaminantes.

Oxígeno disuelto: Se refiere a la concentración de oxígeno molecular disuelto en el agua y es un indicador clave para medir la capacidad de autodepuración de los cuerpos de agua y evaluar el estado de supervivencia de los organismos acuáticos.

Conductividad: Caracteriza indirectamente la concentración total de iones disueltos en el agua (es decir, salinidad o sólidos disueltos totales TDS) y puede usarse para determinar el grado de mineralización o contaminación de los cuerpos de agua.

Turbidez: Indica el grado en que los cuerpos de agua impiden el paso de la luz, causado por partículas suspendidas en el agua (como sedimentos, algas y materia orgánica), y es un indicador importante de las propiedades sensoriales y de limpieza.

Nota: En ciertos escenarios específicos, los 'cinco parámetros' pueden variar ligeramente. Por ejemplo, a veces se pueden incluir 'potencial REDOX' o 'salinidad', pero las cinco definiciones anteriores son las definiciones más comunes y reconocidas.

3. ¿Qué tipos de sensores ópticos se incluyen?

Los sensores ópticos miden basándose en los principios de interacción entre sustancias y luz (como absorción, dispersión, fluorescencia, fosforescencia, etc.). Suelen tener las ventajas de no necesitar reactivos, tener una respuesta rápida y ser menos susceptibles a las interferencias electromagnéticas.

Los principales tipos incluyen:

Sensor de espectro de absorción de luz ultravioleta-visible

Principio: Mida el grado en que las muestras de agua absorben luz ultravioleta o visible de longitudes de onda específicas y calcule la concentración de contaminantes según la ley de Beer-Lambert.

Aplicación: Medición de DQO (demanda química de oxígeno), NO3-N (nitrato de nitrógeno), TOC (carbono orgánico total), sustancias orgánicas específicas (como sustancias de la serie del benceno), etc.

Sensor de fluorescencia

Principio: Se irradia luz de una longitud de onda específica (luz de excitación) sobre la muestra de agua y se mide la intensidad de la luz de longitud de onda más larga (luz de emisión) emitida por la sustancia después de excitarse.

Solicitud

Sensor de clorofila: al medir la intensidad de la fluorescencia de la clorofila en las algas, estima la concentración de algas y es una herramienta importante para la alerta temprana de la proliferación de algas.

Sensores CDOM/FDOM: miden la concentración de materia orgánica disuelta coloreada/fluorescente, utilizados para rastrear la contaminación orgánica y evaluar la eutrofización del agua.

Sensores de petróleo: utilizando las características de fluorescencia de los hidrocarburos aromáticos policíclicos en el petróleo crudo, monitorean la contaminación por petróleo.

Sensor de turbidez/luz dispersa

Principio: Mida la intensidad de dispersión de la luz por partículas suspendidas en agua. Generalmente se utilizan detectores con un ángulo de 90° o 180° (luz transmitida).

Aplicación: Medición directa de turbidez.

Sensor de espectro láser

Principio: Al utilizar láser como fuente de luz, tiene las ventajas de una buena monocromaticidad y un alto brillo, y puede lograr mediciones extremadamente sensibles, como la espectroscopia Raman y la espectroscopia de absorción de láser de diodo sintonizable.

Aplicación: Se utiliza para medir gases disueltos (como metano CH4, dióxido de carbono CO2) y diversos trazas de contaminantes.

4. ¿Qué tipos de sensores de iones se incluyen?

Los sensores de iones se utilizan principalmente para detectar la concentración de iones específicos en el agua y su núcleo reside en electrodos selectivos de iones o tecnologías de detección electroquímica similares.

Los principales tipos incluyen:

Electrodo selectivo de iones

Principio: En la parte superior del electrodo, hay una membrana especial selectiva de iones que solo responde al ion objetivo, generando así una diferencia de potencial en ambos lados de la membrana. La magnitud de esta diferencia de potencial es directamente proporcional al logaritmo de la concentración de iones (ecuación de Nernst).

Tipos comunes

Electrodo de pH: El ISE más clásico, sensible a H+.

Electrodo de nitrógeno amoniacal: Mide NH3 en agua a través de una membrana de permeación de gas y luego lo convierte en concentración de nitrógeno amoniacal.

Electrodo de nitrato: Mide NO3-.

Electrodo de Fluoruro: Medidas F-.

Electrodo de cianuro: Mide CN-.

Electrodos de iones de calcio, potasio, sodio, cloruro, etc.

Sensor de voltios-amperios

Principio: Al aplicar un voltaje variable al electrodo de trabajo, se mide la corriente generada por la reacción REDOX. La corriente máxima está relacionada con la concentración de iones.

Aplicación: A menudo se utiliza para medir iones de metales pesados, como plomo Pb⊃2;⁺, cadmio Cd⊃2;⁺, cobre Cu⊃2;⁺, zinc Zn⊃2;⁺, etc., con una sensibilidad extremadamente alta.

Resumen y comparación

Categoría de sensores	Principio fundamental	Ventajas	Indicadores de medición típicos
sensor óptico	La interacción entre la luz y la materia (absorción, dispersión, fluorescencia)	No requiere reactivos, tiene una respuesta rápida, puede monitorearse continuamente y requiere un mantenimiento relativamente bajo.	Turbidez, DQO, clorofila a, nitrato, materia orgánica disuelta
sensor de iones	Cambios en el potencial o corriente electroquímico (membranas selectivas de iones, reacciones REDOX)	Buena selectividad, medición directa y aplicable a múltiples iones.	Nitrógeno amoniacal, nitrato, fluoruro, cianuro, pH, diversos iones de metales pesados