Internetinių vandens kokybės stebėjimo jutiklių apibrėžimas

Vandens kokybės jutiklių apibrėžimas

Vandens kokybės jutiklis – tai analitinis prietaisas, galintis aptikti vieną ar kelias konkrečias fizines ar chemines vandens telkinių savybes ir paversti šių savybių koncentraciją arba intensyvumą elektriniais signalais, kuriuos galima įrašyti, rodyti ir apdoroti.

Paprastai tariant, pagrindinės jo funkcijos yra 'suvokimas' ir 'transformacija':

Suvokimas: per specifinius jautrius elementus (pvz., elektrodus, membranas, optinius zondus) vyksta fizinės arba cheminės reakcijos su tikslinėmis vandens mėginyje esančiomis medžiagomis.

Konversija: konvertuokite reakcijos sukeltus pokyčius (pvz., potencialą, srovę, šviesos intensyvumą ir temperatūros pokyčius) į standartizuotus elektrinius signalus (pvz., 4–20 mA srovę, skaitmeninius signalus).

Vandens kokybės jutikliai yra pagrindiniai įrenginiai kuriant modernias vandens kokybės stebėjimo sistemas, tokias kaip internetinės automatinės stebėjimo stotys, plūdurai ir mobilūs stebėjimo laivai.

2. Kokie yra įprasti 5 matavimo parametrai?

Penki įprasti vandens kokybės parametrai yra pagrindiniai ir pagrindiniai rodikliai, leidžiantys įvertinti pagrindinę vandens kokybės būklę. Paprastai jie apima:

Temperatūra: Ji veikia vandenyje ištirpusį deguonį, mikroorganizmų aktyvumą ir cheminių reakcijų greitį ir yra pagrindinis parametras, kurį reikia koreguoti atliekant beveik visus matavimus.

pH vertė: apibūdina vandens telkinių rūgštingumą arba šarmingumą ir turi lemiamos įtakos vandens organizmų išlikimui bei teršalų migracijai ir transformacijai.

Ištirpęs deguonis: Tai reiškia vandenyje ištirpusio molekulinio deguonies koncentraciją ir yra pagrindinis rodiklis, matuojant vandens telkinių savaiminio apsivalymo gebėjimą ir įvertinti vandens organizmų išlikimo būklę.

Laidumas: jis netiesiogiai apibūdina bendrą ištirpusių jonų koncentraciją vandenyje (ty druskingumą arba bendrą ištirpusių kietųjų dalelių TDS) ir gali būti naudojamas vandens telkinių mineralizacijos ar užterštumo laipsniui nustatyti.

Drumstumas: rodo, kiek vandens telkiniai trukdo prasiskverbti šviesai, kurią sukelia vandenyje suspenduotos dalelės (pvz., nuosėdos, dumbliai ir organinės medžiagos), ir yra svarbus jutiminių savybių ir švaros rodiklis.

Pastaba: tam tikrais konkrečiais atvejais 'penki parametrai' gali šiek tiek skirtis. Pavyzdžiui, 'REDOX potencialas' arba 'druskingumas' kartais gali būti įtrauktas, tačiau aukščiau pateikti penki apibrėžimai yra labiausiai paplitę ir pripažinti.

3. Kokių tipų optiniai jutikliai yra įtraukti?

Optiniai jutikliai matuoja pagal medžiagų ir šviesos sąveikos principus (pvz., absorbciją, sklaidą, fluorescenciją, fosforescenciją ir kt.). Paprastai jie turi privalumus: nereikia naudoti reagentų, greitai reaguoja ir yra mažiau jautrūs elektromagnetiniams trikdžiams.

Tarp pagrindinių tipų yra:

Ultravioletinės spinduliuotės šviesos sugerties spektro jutiklis

Principas: išmatuokite, kiek vandens mėginiai sugeria tam tikro bangos ilgio ultravioletinę arba matomą šviesą, ir apskaičiuokite teršalų koncentraciją pagal Beer-Lambert dėsnį.

Naudojimas: Matuojant COD (cheminį deguonies poreikį), NO3-N (nitratinį azotą), TOC (bendrą organinę anglį), specifines organines medžiagas (pvz., benzeno serijos medžiagas) ir kt.

Fluorescencinis jutiklis

Principas: ant vandens mėginio apšviečiama tam tikro bangos ilgio šviesa (sužadinimo šviesa) ir matuojamas ilgesnės bangos šviesos (emisijos šviesos), kurią skleidžia medžiaga po sužadinimo, intensyvumas.

Taikymas

Chlorofilas a jutiklis: matuodamas chlorofilo fluorescencijos intensyvumą dumbliuose, jis įvertina dumblių koncentraciją ir yra svarbi priemonė ankstyvam perspėjimui apie dumblių žydėjimą.

CDOM/FDOM jutikliai: išmatuoja spalvotų/fluorescencinių ištirpusių organinių medžiagų koncentraciją, naudojamą organinei taršai sekti ir vandens eutrofikacijai įvertinti.

Naftos jutikliai: Naudodami žalios naftos policiklinių aromatinių angliavandenilių fluorescencines charakteristikas, jie stebi taršą nafta.

Drumstumo / išsklaidytos šviesos jutiklis

Principas: Išmatuokite vandenyje skendinčių dalelių šviesos sklaidos intensyvumą. Paprastai naudojami detektoriai, kurių kampas yra 90° arba 180° (praleidžiama šviesa).

Naudojimas: Tiesioginis drumstumo matavimas.

Lazerio spektro jutiklis

Principas: naudojant lazerį kaip šviesos šaltinį, jis turi gero monochromatiškumo ir didelio ryškumo privalumus ir gali pasiekti ypač jautrius matavimus, tokius kaip Ramano spektroskopija ir derinamo diodo lazerio sugerties spektroskopija.

Naudojimas: Naudojamas ištirpusių dujų (pvz., metano CH4, anglies dioksido CO2) ir įvairių teršalų pėdsakų matavimui.

4. Kokių tipų jonų jutikliai yra įtraukti?

Jonų jutikliai daugiausia naudojami konkrečių jonų koncentracijai vandenyje nustatyti, o jų šerdis slypi jonams selektyviuose elektroduose ar panašiose elektrocheminio jutimo technologijose.

Tarp pagrindinių tipų yra:

Jonų selektyvus elektrodas

Principas: elektrodo viršuje yra speciali jonams selektyvi membrana, kuri reaguoja tik į tikslinį joną ir taip sukuria potencialų skirtumą abiejose membranos pusėse. Šio potencialų skirtumo dydis yra tiesiogiai proporcingas jonų koncentracijos logaritmui (Nernsto lygtis).

Dažni tipai

pH elektrodas: Klasikiausias ISE, jautrus H+.

Amoniako azoto elektrodas: jis matuoja NH3 vandenyje per dujų pralaidumo membraną ir paverčia jį amoniako azoto koncentracija.

Nitratinis elektrodas: Matuoja NO3-.

Fluoro elektrodas: Matmenys F-.

Cianido elektrodas: Matuoja CN-.

Kalcio, kalio, natrio, chlorido jonų elektrodai ir kt.

Voltų-amperų jutiklis

Principas: Taikant kintančią įtampą darbiniam elektrodui, išmatuojama REDOX reakcijos generuojama srovė. Didžiausia srovė yra susijusi su jonų koncentracija.

Naudojimas: dažnai naudojamas matuoti sunkiųjų metalų jonus, tokius kaip švinas Pb⊃2;⁺, kadmis Cd⊃2;⁺, varis Cu⊃2;⁺, cinkas Zn⊃2;⁺ ir kt., pasižymintis itin dideliu jautrumu.

Santrauka ir palyginimas

Jutiklio kategorija	Pagrindinis principas	Privalumai	Tipiniai matavimo rodikliai
Optinis jutiklis	Šviesos ir materijos sąveika (absorbcija, sklaida, fluorescencija)	Jai nereikia jokių reagentų, jis greitai reaguoja, gali būti nuolat stebimas ir reikalauja palyginti mažai priežiūros	Drumstumas, ChDS, chlorofilas a, nitratas, ištirpusios organinės medžiagos
Jonų jutiklis	Elektrocheminio potencialo arba srovės pokyčiai (jonams selektyvios membranos, REDOX reakcijos)	Geras selektyvumas, tiesioginis matavimas ir taikomas keliems jonams	Amoniakinis azotas, nitratas, fluoridas, cianidas, pH, įvairūs sunkiųjų metalų jonai