تعریف سنسورهای نظارت بر کیفیت آب آنلاین

تعریف سنسورهای کیفیت آب

سنسور کیفیت آب یک دستگاه تحلیلی است که قادر به تشخیص یک یا چند ویژگی فیزیکی یا شیمیایی خاص در آب‌ها و تبدیل غلظت یا شدت این ویژگی‌ها به سیگنال‌های الکتریکی قابل ثبت، نمایش و پردازش است.

به عبارت ساده، توابع اصلی آن 'ادراک' و 'تغییر' هستند:

ادراک: از طریق عناصر حساس خاص (مانند الکترودها، غشاها، کاوشگرهای نوری)، واکنش های فیزیکی یا شیمیایی با مواد هدف در نمونه آب رخ می دهد.

تبدیل: تغییرات ناشی از واکنش (مانند تغییرات پتانسیل، جریان، شدت نور و دما) را به سیگنال های الکتریکی استاندارد شده (مانند جریان 4-20 میلی آمپر، سیگنال های دیجیتال) تبدیل کنید.

حسگرهای کیفیت آب واحدهای اساسی برای ساختن سیستم‌های مدرن نظارت بر کیفیت آب، مانند ایستگاه‌های نظارت خودکار آنلاین، شناورها و کشتی‌های نظارت متحرک هستند.

2. 5 پارامتر معمولی برای اندازه گیری چیست؟

پنج پارامتر متعارف کیفیت آب، اساسی ترین و اصلی ترین شاخص برای ارزیابی وضعیت پایه کیفیت آب هستند. آنها معمولاً عبارتند از:

دما: بر روی اکسیژن محلول در آب، فعالیت میکروارگانیسم ها و سرعت واکنش های شیمیایی تأثیر می گذارد و یک پارامتر اساسی است که تقریباً در تمام اندازه گیری ها باید اصلاح شود.

مقدار pH: مشخص کننده اسیدیته یا قلیایی بودن بدنه های آبی است و تأثیر تعیین کننده ای بر بقای موجودات آبزی و مهاجرت و تبدیل آلاینده ها دارد.

اکسیژن محلول: به غلظت اکسیژن مولکولی محلول در آب اطلاق می شود و یک شاخص کلیدی برای اندازه گیری ظرفیت خودپالایی بدنه های آبی و ارزیابی وضعیت بقای موجودات آبزی است.

رسانایی: به طور غیرمستقیم غلظت کل یون های محلول در آب (یعنی شوری یا کل جامدات محلول TDS) را مشخص می کند و می تواند برای تعیین درجه کانی سازی یا آلودگی توده های آبی استفاده شود.

کدورت: نشان دهنده میزانی است که اجسام آبی از عبور نور ناشی از ذرات معلق موجود در آب (مانند رسوبات، جلبک ها و مواد آلی) جلوگیری می کنند و شاخص مهمی از ویژگی های حسی و پاکیزگی است.

توجه: در سناریوهای خاص، 'پنج پارامتر' ممکن است کمی متفاوت باشد. برای مثال، گاهی اوقات ممکن است 'REDOX پتانسیل' یا 'شوری' گنجانده شود، اما پنج تعاریف بالا رایج ترین و شناخته شده ترین تعاریف هستند.

3. چه نوع سنسورهای نوری گنجانده شده است؟

سنسورهای نوری بر اساس اصول تعامل بین مواد و نور (مانند جذب، پراکندگی، فلورسانس، فسفرسانس و غیره) اندازه گیری می کنند. آنها معمولاً دارای مزایای عدم نیاز به معرف، پاسخ سریع و کمتر مستعد تداخل الکترومغناطیسی هستند.

انواع اصلی عبارتند از:

سنسور طیف جذب نور مرئی- فرابنفش

اصل: میزان جذب نور ماوراء بنفش یا مرئی با طول موج های خاص را در نمونه های آب اندازه گیری کنید و غلظت آلاینده ها را بر اساس قانون بیر-لامبرت محاسبه کنید.

کاربرد: اندازه گیری COD (تقاضای اکسیژن شیمیایی)، NO3-N (نیتروژن نیترات)، TOC (کربن آلی کل)، مواد آلی خاص (مانند مواد سری بنزن) و غیره.

سنسور فلورسانس

اصل: نور با طول موج مشخص (نور تحریک) به نمونه آب تابیده می شود و شدت نور با طول موج بلندتر (نور گسیلی) ساطع شده از ماده پس از برانگیختگی اندازه گیری می شود.

کاربرد

سنسور کلروفیل a: با اندازه گیری شدت فلورسانس کلروفیل در جلبک ها، غلظت جلبک ها را تخمین می زند و ابزار مهمی برای هشدار اولیه شکوفه های جلبکی است.

حسگرهای CDOM/FDOM: غلظت مواد آلی محلول رنگی/فلورسنت را که برای ردیابی آلودگی آلی و ارزیابی اتروفیکاسیون آب استفاده می شود، اندازه گیری می کند.

حسگرهای نفتی: با استفاده از ویژگی های فلورسانس هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای در نفت خام، آلودگی نفتی را کنترل می کنند.

سنسور کدورت/نور پراکنده

اصل: شدت پراکندگی نور توسط ذرات معلق در آب را اندازه گیری کنید. معمولاً از آشکارسازهایی با زاویه 90 درجه یا 180 درجه (نور عبوری) استفاده می شود.

کاربرد: اندازه گیری مستقیم کدورت.

سنسور طیف لیزری

اصل: استفاده از لیزر به عنوان منبع نور، دارای مزایای تک رنگ خوب و روشنایی بالا است و می تواند به اندازه گیری های بسیار حساس مانند طیف سنجی رامان و طیف سنجی جذب لیزر دیود قابل تنظیم دست یابد.

کاربرد: برای اندازه گیری گازهای محلول (مانند متان CH4، دی اکسید کربن CO2) و آلاینده های کمیاب مختلف استفاده می شود.

4. چه نوع سنسورهای یونی گنجانده شده است؟

سنسورهای یونی عمدتاً برای تشخیص غلظت یون‌های خاص در آب استفاده می‌شوند و هسته آن‌ها در الکترودهای انتخابی یون یا فناوری‌های سنجش الکتروشیمیایی مشابه قرار دارد.

انواع اصلی عبارتند از:

الکترود انتخابی یونی

اصل: در بالای الکترود، یک غشای انتخابی یونی خاص وجود دارد که فقط به یون هدف پاسخ می دهد و در نتیجه اختلاف پتانسیل در دو طرف غشا ایجاد می کند. بزرگی این اختلاف پتانسیل با لگاریتم غلظت یون (معادله نرنست) نسبت مستقیم دارد.

انواع رایج

الکترود pH: کلاسیک ترین ISE، حساس به H+.

الکترود نیتروژن آمونیاکی: NH3 آب را از طریق غشای نفوذ گاز اندازه گیری می کند و سپس آن را به غلظت نیتروژن آمونیاک تبدیل می کند.

الکترود نیترات: اندازه گیری NO3-.

الکترود فلوراید: F- را اندازه می گیرد.

الکترود سیانید: اندازه گیری CN-.

الکترودهای یون کلسیم، پتاسیم، سدیم، کلرید و غیره.

سنسور ولت آمپر

اصل: با اعمال یک ولتاژ متغیر به الکترود کار، جریان تولید شده توسط واکنش REDOX اندازه گیری می شود. اوج جریان مربوط به غلظت یون است.

کاربرد: اغلب برای اندازه گیری یون های فلزات سنگین مانند سرب ⊃2؛⁺، کادمیوم Cd⊃2؛⁺، مس Cu⊃2؛⁺، روی Zn⊃2;+ و غیره با حساسیت بسیار بالا استفاده می شود.

خلاصه و مقایسه

دسته سنسور	اصل اصلی	مزایا	شاخص های اندازه گیری معمولی
سنسور نوری	برهمکنش نور و ماده (جذب، پراکندگی، فلورسانس)	نیازی به معرف ندارد، پاسخ سریع دارد، می تواند به طور مداوم نظارت شود و به تعمیر و نگهداری نسبتاً کمی نیاز دارد.	کدورت، COD، کلروفیل a، نیترات، مواد آلی محلول
سنسور یونی	تغییرات پتانسیل یا جریان الکتروشیمیایی (غشاهای انتخابی یون، واکنش‌های REDOX)	گزینش پذیری خوب، اندازه گیری مستقیم و قابل استفاده برای یون های متعدد	نیتروژن آمونیاک، نیترات، فلوراید، سیانید، pH، یون های مختلف فلزات سنگین