Definisjonen av online sensorer for vannkvalitetsovervåking

Definisjonen av vannkvalitetssensorer

En vannkvalitetssensor er en analytisk enhet som er i stand til å oppdage en eller flere spesifikke fysiske eller kjemiske egenskaper i vannforekomster og konvertere konsentrasjonen eller intensiteten til disse egenskapene til elektriske signaler som kan registreres, vises og behandles.

Enkelt sagt er kjernefunksjonene 'persepsjon' og 'transformasjon':

Persepsjon: Gjennom spesifikke sensitive elementer (som elektroder, membraner, optiske prober) oppstår fysiske eller kjemiske reaksjoner med målstoffene i vannprøven.

Konvertering: Konverter endringene forårsaket av reaksjonen (som potensial, strøm, lysintensitet og temperaturendringer) til standardiserte elektriske signaler (som 4-20mA strøm, digitale signaler).

Vannkvalitetssensorer er de grunnleggende enhetene for å bygge moderne vannkvalitetsovervåkingssystemer, for eksempel online automatiske overvåkingsstasjoner, bøyer og mobile overvåkingsfartøy.

2. Hva er de konvensjonelle 5 parametrene for måling?

De fem konvensjonelle parameterne for vannkvalitet er de mest grunnleggende og kjerneindikatorene for å evaluere den grunnleggende statusen for vannkvalitet. De inkluderer vanligvis:

Temperatur: Det påvirker det oppløste oksygenet i vann, aktiviteten til mikroorganismer og hastigheten på kjemiske reaksjoner, og er en grunnleggende parameter som må korrigeres i nesten alle målinger.

pH-verdi: Den karakteriserer surheten eller alkaliteten til vannforekomster og har en avgjørende innvirkning på overlevelsen av vannlevende organismer og migrasjon og omdanning av forurensninger.

Oppløst oksygen: Det refererer til konsentrasjonen av molekylært oksygen oppløst i vann og er en nøkkelindikator for å måle selvrensende kapasiteten til vannforekomster og vurdere overlevelsesstatusen til vannlevende organismer.

Konduktivitet: Den karakteriserer indirekte den totale konsentrasjonen av oppløste ioner i vann (dvs. saltholdighet eller totalt oppløste faste stoffer TDS), og kan brukes til å bestemme graden av mineralisering eller forurensning av vannforekomster.

Turbiditet: Den indikerer i hvilken grad vannforekomster hindrer passasje av lys, forårsaket av suspenderte partikler i vann (som sediment, alger og organisk materiale), og er en viktig indikator på sensoriske egenskaper og renslighet.

Merk: I visse spesifikke scenarier kan 'fem parametere' variere litt. For eksempel kan 'REDOX-potensial' eller 'saltholdighet' noen ganger inkluderes, men de fem ovennevnte er de vanligste og mest anerkjente definisjonene.

3. Hvilke typer optiske sensorer er inkludert?

Optiske sensorer måler basert på interaksjonsprinsippene mellom stoffer og lys (som absorpsjon, spredning, fluorescens, fosforescens, etc.). De har vanligvis fordelene ved at det ikke er behov for reagenser, rask respons og er mindre utsatt for elektromagnetisk interferens.

Hovedtypene inkluderer:

Ultrafiolett-synlig lysabsorpsjonsspektrumsensor

Prinsipp: Mål i hvilken grad vannprøver absorberer ultrafiolett eller synlig lys av spesifikke bølgelengder, og beregn konsentrasjonen av forurensninger basert på Beer-Lamberts lov.

Anvendelse: Måling av COD (Chemical Oxygen Demand), NO3-N (nitratnitrogen), TOC (Total Organic Carbon), spesifikke organiske stoffer (som benzenseriestoffer), etc.

Fluorescenssensor

Prinsipp: Lys med en bestemt bølgelengde (eksitasjonslys) skinner på vannprøven, og intensiteten til lyset med lengre bølgelengde (emisjonslys) som sendes ut av stoffet etter at det er eksitert, måles.

Søknad

Klorofyll a-sensor: Ved å måle fluorescensintensiteten til klorofyll i alger, estimerer den konsentrasjonen av alger og er et viktig verktøy for tidlig varsling av algeoppblomstring.

CDOM/FDOM-sensorer: Mål konsentrasjonen av farget/fluorescerende oppløst organisk materiale, brukt til å spore organisk forurensning og vurdere vanneutrofiering.

Petroleumssensorer: Ved å bruke fluorescensegenskapene til polysykliske aromatiske hydrokarboner i råolje overvåker de oljeforurensning.

Turbiditet/spredt lyssensor

Prinsipp: Mål spredningsintensiteten til lys med suspenderte partikler i vann. Detektorer med en vinkel på 90° eller 180° (gjennomlyst lys) brukes vanligvis.

Bruk: Direkte måling av turbiditet.

Laserspektrumsensor

Prinsipp: Ved å bruke laser som lyskilde, har den fordelene med god monokromaticitet og høy lysstyrke, og kan oppnå ekstremt følsomme målinger, som Raman-spektroskopi og avstembar diodelaserabsorpsjonsspektroskopi.

Bruk: Den brukes til å måle oppløste gasser (som metan CH4, karbondioksid CO2) og ulike sporforurensninger.

4. Hvilke typer ionesensorer er inkludert?

Ionesensorer brukes hovedsakelig til å oppdage konsentrasjonen av spesifikke ioner i vann, og deres kjerne ligger i ioneselektive elektroder eller lignende elektrokjemiske sensorteknologier.

Hovedtypene inkluderer:

Ioneselektiv elektrode

Prinsipp: På toppen av elektroden er det en spesiell ioneselektiv membran som kun reagerer på målionet, og genererer dermed en potensialforskjell på begge sider av membranen. Størrelsen på denne potensialforskjellen er direkte proporsjonal med logaritmen til ionekonsentrasjonen (Nernst-ligningen).

Vanlige typer

pH-elektrode: Den mest klassiske ISE, følsom for H+.

Ammoniakknitrogenelektrode: Den måler NH3 i vann gjennom en gassgjennomtrengningsmembran og konverterer den deretter til ammoniakknitrogenkonsentrasjon.

Nitratelektrode: Måler NO3-.

Fluorelektrode: Måler F-.

Cyanidelektrode: Måler CN-.

Kalsium-, kalium-, natrium-, kloridionelektroder, etc.

Volt-ampere sensor

Prinsipp: Ved å legge på en varierende spenning til arbeidselektroden, måles strømmen som genereres av REDOX-reaksjonen. Toppstrømmen er relatert til ionekonsentrasjonen.

Bruk: Det brukes ofte til å måle tungmetallioner, som bly Pb⊃2;⁺, kadmium Cd⊃2;⁺, kobber Cu⊃2;⁺, sink Zn⊃2;⁺, etc., med ekstremt høy følsomhet.

Oppsummering og sammenligning

Sensorkategori	Kjerneprinsipp	Fordeler	Typiske måleindikatorer
Optisk sensor	Samspillet mellom lys og materie (absorpsjon, spredning, fluorescens)	Den krever ingen reagenser, har en rask respons, kan overvåkes kontinuerlig og krever relativt lite vedlikehold	Turbiditet, COD, klorofyll a, nitrat, oppløst organisk materiale
Ionesensor	Endringer i elektrokjemisk potensial eller strøm (ion-selektive membraner, REDOX-reaksjoner)	God selektivitet, direkte måling og anvendelig for flere ioner	Ammoniakk nitrogen, nitrat, fluor, cyanid, pH, ulike tungmetallioner