A definição de sensores online de monitoramento da qualidade da água

A definição de sensores de qualidade da água

Um sensor de qualidade da água é um dispositivo analítico capaz de detectar uma ou mais propriedades físicas ou químicas específicas em corpos d'água e converter a concentração ou intensidade dessas propriedades em sinais elétricos que podem ser registrados, exibidos e processados.

Em termos simples, suas funções principais são 'percepção' e 'transformação':

Percepção: Através de elementos sensíveis específicos (como eletrodos, membranas, sondas ópticas), ocorrem reações físicas ou químicas com as substâncias alvo da amostra de água.

Conversão: Converta as alterações causadas pela reação (como potencial, corrente, intensidade da luz e alterações de temperatura) em sinais elétricos padronizados (como corrente de 4-20mA, sinais digitais).

Sensores de qualidade da água são unidades fundamentais para a construção de sistemas modernos de monitoramento da qualidade da água, como estações de monitoramento automático online, bóias e embarcações de monitoramento móveis.

2. Quais são os 5 parâmetros convencionais de medição?

Os cinco parâmetros convencionais de qualidade da água são os indicadores mais fundamentais e essenciais para avaliar o estado básico da qualidade da água. Eles geralmente incluem:

Temperatura: Afeta o oxigênio dissolvido na água, a atividade dos microrganismos e a velocidade das reações químicas, sendo um parâmetro fundamental que precisa ser corrigido em quase todas as medições.

Valor de pH: Caracteriza a acidez ou alcalinidade dos corpos d'água e tem impacto decisivo na sobrevivência dos organismos aquáticos e na migração e transformação de poluentes.

Oxigénio dissolvido: Refere-se à concentração de oxigénio molecular dissolvido na água e é um indicador chave para medir a capacidade de autopurificação dos corpos de água e avaliar o estado de sobrevivência dos organismos aquáticos.

Condutividade: Caracteriza indiretamente a concentração total de íons dissolvidos na água (ou seja, salinidade ou TDS total de sólidos dissolvidos), podendo ser utilizada para determinar o grau de mineralização ou poluição de corpos d'água.

Turbidez: Indica o grau em que os corpos d'água impedem a passagem da luz, causada por partículas suspensas na água (como sedimentos, algas e matéria orgânica), e é um importante indicador de propriedades sensoriais e de limpeza.

Nota: Em determinados cenários específicos, os “cinco parâmetros” podem variar ligeiramente. Por exemplo, “potencial REDOX” ou “salinidade” podem às vezes ser incluídos, mas as cinco acima são as definições mais comuns e reconhecidas.

3. Que tipos de sensores ópticos estão incluídos?

Os sensores ópticos medem com base nos princípios de interação entre substâncias e luz (como absorção, espalhamento, fluorescência, fosforescência, etc.). Geralmente apresentam as vantagens de não necessitarem de reagentes, resposta rápida e serem menos suscetíveis a interferências eletromagnéticas.

Os principais tipos incluem:

Sensor de espectro de absorção de luz ultravioleta-visível

Princípio: Medir o grau em que as amostras de água absorvem luz ultravioleta ou visível de comprimentos de onda específicos e calcular a concentração de poluentes com base na lei de Beer-Lambert.

Aplicação: Medição de COD (demanda química de oxigênio), NO3-N (nitrogênio nitrato), TOC (carbono orgânico total), substâncias orgânicas específicas (como substâncias da série benzeno), etc.

Sensor de fluorescência

Princípio: A luz de um comprimento de onda específico (luz de excitação) brilha na amostra de água, e a intensidade da luz de comprimento de onda mais longo (luz de emissão) emitida pela substância após ser excitada é medida.

Aplicativo

Sensor de clorofila a: Ao medir a intensidade de fluorescência da clorofila em algas, estima a concentração de algas e é uma ferramenta importante para alerta precoce de proliferação de algas.

Sensores CDOM/FDOM: Mede a concentração de matéria orgânica dissolvida colorida/fluorescente, usada para rastrear a poluição orgânica e avaliar a eutrofização da água.

Sensores de petróleo: Utilizando as características de fluorescência dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos no petróleo bruto, eles monitoram a poluição por petróleo.

Sensor de turbidez/luz dispersa

Princípio: Meça a intensidade de dispersão da luz por partículas suspensas na água. Geralmente são usados ​​detectores com ângulo de 90° ou 180° (luz transmitida).

Aplicação: Medição direta de turbidez.

Sensor de espectro laser

Princípio: Usando o laser como fonte de luz, tem as vantagens de boa monocromaticidade e alto brilho, e pode alcançar medições extremamente sensíveis, como espectroscopia Raman e espectroscopia de absorção de laser de diodo sintonizável.

Aplicação: É usado para medir gases dissolvidos (como metano CH4, dióxido de carbono CO2) e vários vestígios de poluentes.

4. Que tipos de sensores de íons estão incluídos?

Os sensores de íons são usados ​​principalmente para detectar a concentração de íons específicos na água, e seu núcleo reside em eletrodos seletivos de íons ou tecnologias de detecção eletroquímica semelhantes.

Os principais tipos incluem:

Eletrodo seletivo de íons

Princípio: Na parte superior do eletrodo, há uma membrana especial seletiva de íons que responde apenas ao íon alvo, gerando assim uma diferença de potencial em ambos os lados da membrana. A magnitude desta diferença de potencial é diretamente proporcional ao logaritmo da concentração de íons (equação de Nernst).

Tipos comuns

Eletrodo de pH: O ISE mais clássico, sensível a H+.

Eletrodo de nitrogênio amoniacal: Mede NH3 na água através de uma membrana de permeação de gás e depois o converte em concentração de nitrogênio amoniacal.

Eletrodo de nitrato: Mede NO3-.

Eletrodo de fluoreto: Mede F-.

Eletrodo de cianeto: Mede CN-.

Eletrodos de cálcio, potássio, sódio, íon cloreto, etc.

Sensor volt-ampere

Princípio: Ao aplicar uma tensão variável ao eletrodo de trabalho, a corrente gerada pela reação REDOX é medida. A corrente de pico está relacionada à concentração de íons.

Aplicação: É frequentemente usado para medir íons de metais pesados, como chumbo Pb⊃2;⁺, cádmio Cd⊃2;⁺, cobre Cu⊃2;⁺, zinco Zn⊃2;⁺, etc., com sensibilidade extremamente alta.

Resumo e comparação

Categoria do sensor	Princípio fundamental	Vantagens	Indicadores de medição típicos
Sensor óptico	A interação entre luz e matéria (absorção, dispersão, fluorescência)	Não requer reagentes, tem uma resposta rápida, pode ser monitorado continuamente e requer manutenção relativamente baixa	Turbidez, DQO, clorofila a, nitrato, matéria orgânica dissolvida
Sensor de íons	Mudanças no potencial ou corrente eletroquímica (membranas seletivas de íons, reações REDOX)	Boa seletividade, medição direta e aplicável a múltiplos íons	Nitrogênio amoniacal, nitrato, flúor, cianeto, pH, vários íons de metais pesados