Definicja czujników monitorowania jakości wody online

Definicja czujników jakości wody

Czujnik jakości wody to urządzenie analityczne zdolne do wykrywania jednej lub większej liczby określonych właściwości fizycznych lub chemicznych zbiorników wodnych i przekształcania stężenia lub intensywności tych właściwości na sygnały elektryczne, które można rejestrować, wyświetlać i przetwarzać.

Krótko mówiąc, jego podstawowe funkcje to „percepcja” i „transformacja”:

Percepcja: Poprzez określone wrażliwe elementy (takie jak elektrody, membrany, sondy optyczne) zachodzą reakcje fizyczne lub chemiczne z substancjami docelowymi w próbce wody.

Konwersja: Konwersja zmian spowodowanych reakcją (takich jak zmiany potencjału, prądu, natężenia światła i temperatury) na znormalizowane sygnały elektryczne (takie jak prąd 4-20 mA, sygnały cyfrowe).

Czujniki jakości wody są podstawowymi elementami budowy nowoczesnych systemów monitorowania jakości wody, takich jak automatyczne stacje monitoringu online, boje i mobilne statki monitorujące.

2. Jakich jest 5 konwencjonalnych parametrów pomiaru?

Pięć konwencjonalnych parametrów jakości wody to najbardziej podstawowe i podstawowe wskaźniki służące do oceny podstawowego stanu jakości wody. Zwykle obejmują:

Temperatura: wpływa na zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie, aktywność mikroorganizmów oraz szybkość reakcji chemicznych i jest podstawowym parametrem, który należy korygować w niemal wszystkich pomiarach.

Wartość pH: Charakteryzuje kwasowość lub zasadowość zbiorników wodnych i ma decydujący wpływ na przetrwanie organizmów wodnych oraz migrację i przemianę zanieczyszczeń.

Rozpuszczony tlen: odnosi się do stężenia tlenu cząsteczkowego rozpuszczonego w wodzie i jest kluczowym wskaźnikiem pomiaru zdolności samooczyszczania zbiorników wodnych oraz oceny stanu przeżycia organizmów wodnych.

Przewodność: Pośrednio charakteryzuje całkowite stężenie rozpuszczonych jonów w wodzie (tj. zasolenie lub całkowitą zawartość rozpuszczonych substancji stałych TDS) i może być wykorzystane do określenia stopnia mineralizacji lub zanieczyszczenia zbiorników wodnych.

Zmętnienie: Wskazuje stopień, w jakim zbiorniki wodne utrudniają przepływ światła, spowodowane przez cząstki zawieszone w wodzie (takie jak osad, glony i materia organiczna) i jest ważnym wskaźnikiem właściwości sensorycznych i czystości.

Uwaga: w niektórych konkretnych scenariuszach „pięć parametrów” może się nieznacznie różnić. Na przykład czasami można uwzględnić „potencjał REDOX” lub „zasolenie”, ale powyższe pięć jest najbardziej powszechnymi i uznanymi definicjami.

3. Jakie typy czujników optycznych są uwzględnione?

Czujniki optyczne dokonują pomiarów w oparciu o zasady interakcji między substancjami a światłem (takie jak absorpcja, rozpraszanie, fluorescencja, fosforescencja itp.). Zwykle mają tę zaletę, że nie wymagają stosowania odczynników, szybko reagują i są mniej podatni na zakłócenia elektromagnetyczne.

Główne typy obejmują:

Czujnik widma absorpcji światła ultrafioletowego

Zasada: Zmierz stopień, w jakim próbki wody pochłaniają światło ultrafioletowe lub widzialne o określonej długości fali i oblicz stężenie substancji zanieczyszczających w oparciu o prawo Beera-Lamberta.

Zastosowanie: Pomiar ChZT (chemicznego zapotrzebowania na tlen), NO3-N (azotu azotanowego), TOC (całkowitego węgla organicznego), określonych substancji organicznych (takich jak substancje z grupy benzenu) itp.

Czujnik fluorescencji

Zasada działania: Na próbkę wody naświetla się światło o określonej długości fali (światło wzbudzenia) i mierzy się intensywność światła o dłuższej długości fali (światła emisyjnego) emitowanego przez substancję po jej wzbudzeniu.

Aplikacja

Czujnik chlorofilu a: mierząc intensywność fluorescencji chlorofilu w algach, szacuje stężenie glonów i jest ważnym narzędziem wczesnego ostrzegania o zakwitach glonów.

Czujniki CDOM/FDOM: mierzą stężenie kolorowej/fluorescencyjnej rozpuszczonej materii organicznej, wykorzystywane do śledzenia zanieczyszczeń organicznych i oceny eutrofizacji wody.

Czujniki ropy naftowej: Wykorzystując właściwości fluorescencyjne wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w ropie naftowej, monitorują zanieczyszczenie ropy.

Czujnik zmętnienia/światła rozproszonego

Zasada: Zmierz intensywność rozpraszania światła przez cząstki zawieszone w wodzie. Zwykle stosuje się detektory o kącie 90° lub 180° (światło przechodzące).

Zastosowanie: Bezpośredni pomiar zmętnienia.

Laserowy czujnik widma

Zasada: Wykorzystując laser jako źródło światła, ma on zalety dobrej monochromatyczności i wysokiej jasności, a także umożliwia uzyskanie niezwykle czułych pomiarów, takich jak spektroskopia Ramana i spektroskopia absorpcyjna przestrajalnego lasera diodowego.

Zastosowanie: Służy do pomiaru rozpuszczonych gazów (takich jak metan CH4, dwutlenek węgla CO2) i różnych śladowych substancji zanieczyszczających.

4. Jakie typy czujników jonowych są uwzględnione?

Czujniki jonowe służą głównie do wykrywania stężenia określonych jonów w wodzie, a ich rdzeń opiera się na elektrodach jonoselektywnych lub podobnych technologiach wykrywania elektrochemicznego.

Główne typy obejmują:

Elektroda jonoselektywna

Zasada działania: Na górze elektrody znajduje się specjalna membrana jonoselektywna, która reaguje tylko na jon docelowy, generując w ten sposób różnicę potencjałów po obu stronach membrany. Wielkość tej różnicy potencjałów jest wprost proporcjonalna do logarytmu stężenia jonów (równanie Nernsta).

Powszechne typy

Elektroda pH: Najbardziej klasyczna ISE, wrażliwa na H+.

Elektroda azotu amoniakalnego: Mierzy NH3 w wodzie przez membranę przepuszczającą gaz, a następnie przekształca go w stężenie azotu amonowego.

Elektroda azotanowa: Mierzy NO3-.

Elektroda fluorkowa: Mierzy F-.

Elektroda cyjankowa: Mierzy CN-.

Elektrody jonowe wapniowe, potasowe, sodowe, chlorkowe itp.

Czujnik woltoamperowy

Zasada: Przykładając zmienne napięcie do elektrody roboczej, mierzony jest prąd generowany w reakcji REDOX. Prąd szczytowy jest powiązany ze stężeniem jonów.

Zastosowanie: Jest często używany do pomiaru jonów metali ciężkich, takich jak ołów Pb⊃2;⁺, kadm Cd⊃2;⁺, miedź Cu⊃2;⁺, cynk Zn⊃2;⁺ itp., z wyjątkowo dużą czułością.

Podsumowanie i porównanie

Kategoria czujnika	Podstawowa zasada	Zalety	Typowe wskaźniki pomiarowe
Czujnik optyczny	Oddziaływanie światła i materii (absorpcja, rozpraszanie, fluorescencja)	Nie wymaga żadnych odczynników, szybko reaguje, można go stale monitorować i wymaga stosunkowo niewielkiej konserwacji	Zmętnienie, ChZT, chlorofil a, azotany, rozpuszczona materia organiczna
Czujnik jonowy	Zmiany potencjału lub prądu elektrochemicznego (membrany jonoselektywne, reakcje REDOX)	Dobra selektywność, bezpośredni pomiar i zastosowanie do wielu jonów	Azot amonowy, azotan, fluor, cyjanek, pH, różne jony metali ciężkich