La définition des capteurs de surveillance de la qualité de l'eau en ligne

La définition des capteurs de qualité de l'eau

Un capteur de qualité de l'eau est un appareil analytique capable de détecter une ou plusieurs propriétés physiques ou chimiques spécifiques dans les plans d'eau et de convertir la concentration ou l'intensité de ces propriétés en signaux électriques pouvant être enregistrés, affichés et traités.

En termes simples, ses fonctions principales sont la « perception » et la « transformation » :

Perception : Grâce à des éléments sensibles spécifiques (tels que des électrodes, des membranes, des sondes optiques), des réactions physiques ou chimiques se produisent avec les substances cibles présentes dans l'échantillon d'eau.

Conversion : convertissez les changements provoqués par la réaction (tels que les changements de potentiel, de courant, d'intensité lumineuse et de température) en signaux électriques standardisés (tels que le courant 4-20 mA, les signaux numériques).

Les capteurs de qualité de l'eau sont les unités fondamentales pour la construction de systèmes modernes de surveillance de la qualité de l'eau, tels que des stations de surveillance automatique en ligne, des bouées et des navires de surveillance mobiles.

2. Quels sont les 5 paramètres conventionnels de mesure ?

Les cinq paramètres conventionnels de la qualité de l’eau sont les indicateurs les plus fondamentaux et essentiels pour évaluer l’état de base de la qualité de l’eau. Ils comprennent généralement :

Température : Elle affecte l'oxygène dissous dans l'eau, l'activité des micro-organismes et la vitesse des réactions chimiques, et constitue un paramètre fondamental qui doit être corrigé dans presque toutes les mesures.

Valeur du pH : Elle caractérise l'acidité ou l'alcalinité des masses d'eau et a un impact déterminant sur la survie des organismes aquatiques ainsi que sur la migration et la transformation des polluants.

Oxygène dissous : Il fait référence à la concentration d'oxygène moléculaire dissous dans l'eau et constitue un indicateur clé pour mesurer la capacité d'auto-épuration des plans d'eau et évaluer l'état de survie des organismes aquatiques.

Conductivité : Elle caractérise indirectement la concentration totale d'ions dissous dans l'eau (c'est-à-dire la salinité ou le total des solides dissous TDS) et peut être utilisée pour déterminer le degré de minéralisation ou de pollution des plans d'eau.

Turbidité : elle indique dans quelle mesure les plans d'eau entravent le passage de la lumière, provoquée par les particules en suspension dans l'eau (telles que les sédiments, les algues et la matière organique), et constitue un indicateur important des propriétés sensorielles et de la propreté.

Remarque : Dans certains scénarios spécifiques, les « cinq paramètres » peuvent varier légèrement. Par exemple, « potentiel REDOX » ou « salinité » peuvent parfois être inclus, mais les cinq définitions ci-dessus sont les définitions les plus courantes et les plus reconnues.

3. Quels types de capteurs optiques sont inclus ?

Les capteurs optiques mesurent en fonction des principes d'interaction entre les substances et la lumière (tels que l'absorption, la diffusion, la fluorescence, la phosphorescence, etc.). Ils présentent généralement les avantages de ne pas avoir besoin de réactifs, d’une réponse rapide et d’être moins sensibles aux interférences électromagnétiques.

Les principaux types comprennent :

Capteur de spectre d'absorption de la lumière ultraviolette-visible

Principe : Mesurez le degré auquel les échantillons d'eau absorbent la lumière ultraviolette ou visible de longueurs d'onde spécifiques et calculez la concentration de polluants en fonction de la loi de Beer-Lambert.

Application : mesure de la DCO (demande chimique en oxygène), du NO3-N (azote nitrique), du COT (carbone organique total), des substances organiques spécifiques (telles que les substances de la série benzène), etc.

Capteur fluorescent

Principe : une lumière d'une longueur d'onde spécifique (lumière d'excitation) est projetée sur l'échantillon d'eau et l'intensité de la lumière d'une longueur d'onde plus longue (lumière d'émission) émise par la substance après son excitation est mesurée.

Application

Chlorophylle un capteur : en mesurant l'intensité de fluorescence de la chlorophylle dans les algues, il estime la concentration d'algues et constitue un outil important pour l'alerte précoce en cas de prolifération d'algues.

Capteurs CDOM/FDOM : mesurent la concentration de matière organique dissoute colorée/fluorescente, utilisée pour suivre la pollution organique et évaluer l'eutrophisation de l'eau.

Capteurs pétroliers : utilisant les caractéristiques de fluorescence des hydrocarbures aromatiques polycycliques présents dans le pétrole brut, ils surveillent la pollution par les hydrocarbures.

Capteur de turbidité/lumière diffusée

Principe : Mesurer l'intensité de diffusion de la lumière par les particules en suspension dans l'eau. Des détecteurs avec un angle de 90° ou 180° (lumière transmise) sont généralement utilisés.

Application : Mesure directe de la turbidité.

Capteur de spectre laser

Principe : utilisant le laser comme source de lumière, il présente les avantages d'une bonne monochromaticité et d'une luminosité élevée, et peut réaliser des mesures extrêmement sensibles, telles que la spectroscopie Raman et la spectroscopie d'absorption laser à diode accordable.

Application : il est utilisé pour mesurer les gaz dissous (tels que le méthane CH4, le dioxyde de carbone CO2) et divers polluants traces.

4. Quels types de capteurs d’ions sont inclus ?

Les capteurs d'ions sont principalement utilisés pour détecter la concentration d'ions spécifiques dans l'eau, et leur noyau réside dans des électrodes sélectives d'ions ou des technologies de détection électrochimiques similaires.

Les principaux types comprennent :

Électrode sélective d'ions

Principe : Au sommet de l'électrode se trouve une membrane spéciale sélective aux ions qui ne répond qu'à l'ion cible, générant ainsi une différence de potentiel des deux côtés de la membrane. L'ampleur de cette différence de potentiel est directement proportionnelle au logarithme de la concentration en ions (équation de Nernst).

Types courants

Électrode pH : L’ISE la plus classique, sensible à H+.

Électrode d'azote ammoniacal : elle mesure le NH3 dans l'eau à travers une membrane de perméation de gaz, puis le convertit en concentration d'azote ammoniacal.

Électrode nitrate : Mesure le NO3-.

Électrode de fluorure : Mesure F-.

Électrode de cyanure : Mesure CN-.

Électrodes à calcium, potassium, sodium, ions chlorure, etc.

Capteur voltampère

Principe : En appliquant une tension variable à l'électrode de travail, le courant généré par la réaction REDOX est mesuré. Le courant de pointe est lié à la concentration en ions.

Application : il est souvent utilisé pour mesurer les ions de métaux lourds, tels que le plomb Pb⊃2;⁺, le cadmium Cd⊃2;⁺, le cuivre Cu⊃2;⁺, le zinc Zn⊃2;⁺, etc., avec une sensibilité extrêmement élevée.

Résumé et comparaison

Catégorie de capteur	Principe de base	Avantages	Indicateurs de mesure typiques
Capteur optique	L'interaction entre la lumière et la matière (absorption, diffusion, fluorescence)	Il ne nécessite aucun réactif, a une réponse rapide, peut être surveillé en continu et nécessite relativement peu d'entretien.	Turbidité, DCO, chlorophylle a, nitrate, matière organique dissoute
Capteur d'ions	Modifications du potentiel ou du courant électrochimique (membranes sélectives d'ions, réactions REDOX)	Bonne sélectivité, mesure directe et applicable à plusieurs ions	Azote ammoniacal, nitrate, fluorure, cyanure, pH, divers ions de métaux lourds