De definitie van online sensoren voor waterkwaliteitsmonitoring

De definitie van waterkwaliteitssensoren

Een waterkwaliteitssensor is een analytisch apparaat dat een of meer specifieke fysische of chemische eigenschappen in waterlichamen kan detecteren en de concentratie of intensiteit van deze eigenschappen kan omzetten in elektrische signalen die kunnen worden geregistreerd, weergegeven en verwerkt.

Simpel gezegd zijn de kernfuncties 'perceptie' en 'transformatie':

Waarneming: Via specifieke gevoelige elementen (zoals elektroden, membranen, optische sondes) vinden fysische of chemische reacties plaats met de doelstoffen in het watermonster.

Conversie: Zet de veranderingen veroorzaakt door de reactie (zoals potentiaal-, stroom-, lichtintensiteit- en temperatuurveranderingen) om in gestandaardiseerde elektrische signalen (zoals 4-20mA stroom, digitale signalen).

Waterkwaliteitssensoren zijn de fundamentele eenheden voor het bouwen van moderne monitoringsystemen voor de waterkwaliteit, zoals online automatische meetstations, boeien en mobiele monitoringvaartuigen.

2. Wat zijn de conventionele 5 meetparameters?

De vijf conventionele parameters van de waterkwaliteit zijn de meest fundamentele en kernindicatoren voor het evalueren van de basisstatus van de waterkwaliteit. Ze omvatten meestal:

Temperatuur: Het beïnvloedt de opgeloste zuurstof in water, de activiteit van micro-organismen en de snelheid van chemische reacties, en is een fundamentele parameter die bij bijna alle metingen gecorrigeerd moet worden.

pH-waarde: Het karakteriseert de zuurgraad of alkaliteit van waterlichamen en heeft een beslissende invloed op het voortbestaan ​​van waterorganismen en de migratie en transformatie van verontreinigende stoffen.

Opgeloste zuurstof: Het verwijst naar de concentratie van moleculaire zuurstof opgelost in water en is een belangrijke indicator voor het meten van het zelfzuiveringsvermogen van waterlichamen en het beoordelen van de overlevingsstatus van waterorganismen.

Geleidbaarheid: Het karakteriseert indirect de totale concentratie van opgeloste ionen in water (dwz het zoutgehalte of de totale opgeloste vaste stoffen TDS), en kan worden gebruikt om de mate van mineralisatie of vervuiling van waterlichamen te bepalen.

Troebelheid: Het geeft de mate aan waarin waterlichamen de doorgang van licht belemmeren, veroorzaakt door zwevende deeltjes in het water (zoals sediment, algen en organisch materiaal), en is een belangrijke indicator voor sensorische eigenschappen en reinheid.

Opmerking: in bepaalde specifieke scenario's kunnen de 'vijf parameters' enigszins variëren. Soms kan bijvoorbeeld 'REDOX-potentieel' of 'zoutgehalte' worden opgenomen, maar de bovenstaande vijf zijn de meest voorkomende en erkende definities.

3. Welke soorten optische sensoren zijn inbegrepen?

Optische sensoren meten op basis van de interactieprincipes tussen stoffen en licht (zoals absorptie, verstrooiing, fluorescentie, fosforescentie, etc.). Ze hebben meestal de voordelen dat er geen reagentia nodig zijn, dat ze snel reageren en dat ze minder gevoelig zijn voor elektromagnetische interferentie.

De belangrijkste typen zijn onder meer:

Absorptiespectrumsensor voor ultraviolet zichtbaar licht

Principe: Meet de mate waarin watermonsters ultraviolet of zichtbaar licht van specifieke golflengten absorberen en bereken de concentratie van verontreinigende stoffen op basis van de wet van Beer-Lambert.

Toepassing: Meten van CZV (Chemical Oxygen Demand), NO3-N (nitraatstikstof), TOC (Total Organic Carbon), specifieke organische stoffen (zoals stoffen uit de benzeenreeks), enz.

Fluorescentiesensor

Principe: Licht van een specifieke golflengte (excitatielicht) wordt op het watermonster geschenen en de intensiteit van het licht met langere golflengte (emissielicht) dat door de stof wordt uitgezonden nadat deze is geëxciteerd, wordt gemeten.

Sollicitatie

Chlorofyl een sensor: Door de fluorescentie-intensiteit van chlorofyl in algen te meten, schat hij de algenconcentratie in en is hij een belangrijk hulpmiddel om vroegtijdig te waarschuwen voor algenbloei.

CDOM/FDOM-sensoren: Meet de concentratie van gekleurd/fluorescerend opgelost organisch materiaal, gebruikt voor het volgen van organische vervuiling en het beoordelen van watereutrofiëring.

Aardoliesensoren: ze maken gebruik van de fluorescentie-eigenschappen van polycyclische aromatische koolwaterstoffen in ruwe olie en monitoren de olievervuiling.

Troebelheids-/strooilichtsensor

Principe: Meet de verstrooiingsintensiteit van licht door zwevende deeltjes in water. Meestal worden detectoren met een hoek van 90° of 180° (doorvallend licht) gebruikt.

Toepassing: Directe meting van troebelheid.

Laserspectrumsensor

Principe: Door laser als lichtbron te gebruiken, heeft het de voordelen van goede monochromaticiteit en hoge helderheid, en kan het extreem gevoelige metingen uitvoeren, zoals Raman-spectroscopie en afstembare diodelaser-absorptiespectroscopie.

Toepassing: Het wordt gebruikt voor het meten van opgeloste gassen (zoals methaan CH4, kooldioxide CO2) en verschillende sporen van verontreinigende stoffen.

4. Welke soorten ionensensoren zijn inbegrepen?

Ionensensoren worden voornamelijk gebruikt om de concentratie van specifieke ionen in water te detecteren, en hun kern ligt in ion-selectieve elektroden of soortgelijke elektrochemische detectietechnologieën.

De belangrijkste typen zijn onder meer:

Ion-selectieve elektrode

Principe: Aan de bovenkant van de elektrode bevindt zich een speciaal ionenselectief membraan dat alleen reageert op het doelion, waardoor aan beide zijden van het membraan een potentiaalverschil ontstaat. De omvang van dit potentiaalverschil is direct evenredig met de logaritme van de ionenconcentratie (vergelijking van Nernst).

Veel voorkomende typen

pH-elektrode: De meest klassieke ISE, gevoelig voor H+.

Ammoniak-stikstofelektrode: meet NH3 in water via een gaspermeatiemembraan en zet deze vervolgens om in ammoniak-stikstofconcentratie.

Nitraatelektrode: Meet NO3-.

Fluoride-elektrode: meet F-.

Cyanide-elektrode: meet CN-.

Calcium-, kalium-, natrium-, chloride-ionelektroden, enz.

Volt-ampère-sensor

Principe: Door een variërende spanning op de werkelektrode aan te leggen, wordt de stroom gemeten die wordt gegenereerd door de REDOX-reactie. De piekstroom is gerelateerd aan de ionenconcentratie.

Toepassing: Het wordt vaak gebruikt voor het meten van zware metaalionen, zoals lood Pb⊃2;⁺, cadmium Cd⊃2;⁺, koper Cu⊃2;⁺, zink Zn⊃2;⁺, enz., met extreem hoge gevoeligheid.

Samenvatting en vergelijking

Sensorcategorie	Kernprincipe	Voordelen	Typische meetindicatoren
Optische sensor	De interactie tussen licht en materie (absorptie, verstrooiing, fluorescentie)	Het vereist geen reagentia, reageert snel, kan continu worden gemonitord en vereist relatief weinig onderhoud	Troebelheid, CZV, chlorofyl a, nitraat, opgelost organisch materiaal
Ionensensor	Veranderingen in elektrochemische potentiaal of stroom (ionselectieve membranen, REDOX-reacties)	Goede selectiviteit, directe meting en toepasbaar op meerdere ionen	Ammoniakstikstof, nitraat, fluoride, cyanide, pH, verschillende zware metaalionen