La definizione di sensori di monitoraggio online della qualità dell'acqua

La definizione di sensori di qualità dell'acqua

Un sensore della qualità dell'acqua è un dispositivo analitico in grado di rilevare una o più proprietà fisiche o chimiche specifiche nei corpi idrici e di convertire la concentrazione o l'intensità di tali proprietà in segnali elettrici che possono essere registrati, visualizzati ed elaborati.

In termini semplici, le sue funzioni principali sono la 'percezione' e la 'trasformazione':

Percezione: attraverso specifici elementi sensibili (come elettrodi, membrane, sonde ottiche), avvengono reazioni fisiche o chimiche con le sostanze target presenti nel campione d'acqua.

Conversione: converte i cambiamenti causati dalla reazione (come potenziale, corrente, intensità della luce e cambiamenti di temperatura) in segnali elettrici standardizzati (come corrente 4-20 mA, segnali digitali).

I sensori della qualità dell'acqua sono le unità fondamentali per la costruzione di moderni sistemi di monitoraggio della qualità dell'acqua, come stazioni di monitoraggio automatico online, boe e navi di monitoraggio mobili.

2. Quali sono i 5 parametri convenzionali per la misurazione?

I cinque parametri convenzionali della qualità dell'acqua sono gli indicatori fondamentali e fondamentali per valutare lo stato di base della qualità dell'acqua. Di solito includono:

Temperatura: influenza l'ossigeno disciolto nell'acqua, l'attività dei microrganismi e la velocità delle reazioni chimiche, ed è un parametro fondamentale che deve essere corretto in quasi tutte le misurazioni.

Valore pH: caratterizza l'acidità o l'alcalinità dei corpi idrici e ha un impatto decisivo sulla sopravvivenza degli organismi acquatici e sulla migrazione e trasformazione degli inquinanti.

Ossigeno disciolto: si riferisce alla concentrazione di ossigeno molecolare disciolto nell'acqua ed è un indicatore chiave per misurare la capacità di autodepurazione dei corpi idrici e valutare lo stato di sopravvivenza degli organismi acquatici.

Conduttività: caratterizza indirettamente la concentrazione totale di ioni disciolti nell'acqua (cioè salinità o solidi totali disciolti TDS) e può essere utilizzata per determinare il grado di mineralizzazione o inquinamento dei corpi idrici.

Torbidità: indica il grado in cui i corpi idrici impediscono il passaggio della luce, causato da particelle sospese nell'acqua (come sedimenti, alghe e materia organica) ed è un importante indicatore delle proprietà sensoriali e della pulizia.

Nota: in alcuni scenari specifici, i 'cinque parametri' possono variare leggermente. Ad esempio, a volte possono essere inclusi il 'potenziale REDOX' o la 'salinità', ma le cinque precedenti sono le definizioni più comuni e riconosciute.

3. Quali tipi di sensori ottici sono inclusi?

I sensori ottici misurano in base ai principi di interazione tra sostanze e luce (come assorbimento, diffusione, fluorescenza, fosforescenza, ecc.). Di solito presentano il vantaggio di non richiedere reagenti, di rispondere rapidamente e di essere meno suscettibili alle interferenze elettromagnetiche.

I tipi principali includono:

Sensore di spettro di assorbimento della luce ultravioletta-visibile

Principio: misurare il grado in cui i campioni d'acqua assorbono la luce ultravioletta o visibile di specifiche lunghezze d'onda e calcolare la concentrazione di inquinanti in base alla legge di Beer-Lambert.

Applicazione: misurazione del COD (domanda chimica di ossigeno), NO3-N (azoto nitrato), TOC (carbonio organico totale), sostanze organiche specifiche (come le sostanze della serie benzene), ecc.

Sensore di fluorescenza

Principio: la luce di una lunghezza d'onda specifica (luce di eccitazione) viene irradiata sul campione d'acqua e viene misurata l'intensità della luce di lunghezza d'onda maggiore (luce di emissione) emessa dalla sostanza dopo che è stata eccitata.

Applicazione

Sensore di clorofilla: misurando l'intensità della fluorescenza della clorofilla nelle alghe, stima la concentrazione di alghe ed è uno strumento importante per l'allarme precoce delle fioriture algali.

Sensori CDOM/FDOM: misurano la concentrazione di materia organica disciolta colorata/fluorescente, utilizzata per monitorare l'inquinamento organico e valutare l'eutrofizzazione dell'acqua.

Sensori petroliferi: utilizzando le caratteristiche di fluorescenza degli idrocarburi policiclici aromatici nel petrolio greggio, monitorano l'inquinamento petrolifero.

Sensore di torbidità/luce diffusa

Principio: misurare l'intensità della diffusione della luce da parte delle particelle sospese nell'acqua. Solitamente vengono utilizzati rilevatori con un angolo di 90° o 180° (luce trasmessa).

Applicazione: Misura diretta della torbidità.

Sensore di spettro laser

Principio: utilizzando il laser come sorgente luminosa, presenta i vantaggi di una buona monocromaticità e di un'elevata luminosità e può ottenere misurazioni estremamente sensibili, come la spettroscopia Raman e la spettroscopia di assorbimento del laser a diodi accordabili.

Applicazione: viene utilizzato per misurare i gas disciolti (come metano CH4, anidride carbonica CO2) e vari inquinanti in tracce.

4. Quali tipi di sensori ionici sono inclusi?

I sensori ionici vengono utilizzati principalmente per rilevare la concentrazione di ioni specifici nell'acqua e il loro nucleo risiede negli elettrodi ionoselettivi o in tecnologie di rilevamento elettrochimico simili.

I tipi principali includono:

Elettrodo ionoselettivo

Principio: nella parte superiore dell'elettrodo si trova una speciale membrana ionoselettiva che reagisce solo allo ione bersaglio, generando così una differenza di potenziale su entrambi i lati della membrana. L'entità di questa differenza di potenziale è direttamente proporzionale al logaritmo della concentrazione degli ioni (equazione di Nernst).

Tipi comuni

Elettrodo pH: Il più classico ISE, sensibile agli H+.

Elettrodo per azoto ammoniacale: misura l'NH3 nell'acqua attraverso una membrana di permeazione del gas e quindi lo converte in concentrazione di azoto ammoniacale.

Elettrodo nitrato: misura NO3-.

Elettrodo per fluoro: misura F-.

Elettrodo al cianuro: misura CN-.

Elettrodi per ioni di calcio, potassio, sodio, cloruro, ecc.

Sensore volt-ampere

Principio: Applicando una tensione variabile all'elettrodo di lavoro, viene misurata la corrente generata dalla reazione REDOX. La corrente di picco è correlata alla concentrazione degli ioni.

Applicazione: Viene spesso utilizzato per misurare ioni di metalli pesanti, come piombo Pb⊃2;⁺, cadmio Cd⊃2;⁺, rame Cu⊃2;⁺, zinco Zn⊃2;⁺, ecc., con sensibilità estremamente elevata.

Riepilogo e confronto

Categoria del sensore	Principio fondamentale	Vantaggi	Indicatori tipici di misura
Sensore ottico	L’interazione tra luce e materia (assorbimento, diffusione, fluorescenza)	Non richiede reagenti, ha una risposta rapida, può essere monitorato continuamente e richiede una manutenzione relativamente bassa	Torbidità, COD, clorofilla a, nitrati, sostanza organica disciolta
Sensore ionico	Cambiamenti nel potenziale elettrochimico o nella corrente (membrane iono-selettive, reazioni REDOX)	Buona selettività, misurazione diretta e applicabile a più ioni	Azoto ammoniacale, nitrato, fluoruro, cianuro, pH, vari ioni di metalli pesanti