Definiția senzorilor online de monitorizare a calității apei

Definiția senzorilor de calitate a apei

Un senzor de calitate a apei este un dispozitiv analitic capabil să detecteze una sau mai multe proprietăți fizice sau chimice specifice în corpurile de apă și să transforme concentrația sau intensitatea acestor proprietăți în semnale electrice care pot fi înregistrate, afișate și procesate.

În termeni simpli, funcțiile sale de bază sunt „percepția” și „transformarea”:

Percepție: Prin elementele sensibile specifice (cum ar fi electrozi, membrane, sonde optice), au loc reacții fizice sau chimice cu substanțele țintă din proba de apă.

Conversie: convertiți modificările cauzate de reacție (cum ar fi potențialul, curentul, intensitatea luminii și schimbările de temperatură) în semnale electrice standardizate (cum ar fi curent 4-20mA, semnale digitale).

Senzorii de calitate a apei sunt unitățile fundamentale pentru construirea sistemelor moderne de monitorizare a calității apei, cum ar fi stații de monitorizare automată online, geamanduri și nave mobile de monitorizare.

2. Care sunt cei 5 parametri convenționali pentru măsurare?

Cei cinci parametri convenționali ai calității apei sunt cei mai fundamentali și principali indicatori pentru evaluarea stării de bază a calității apei. Acestea includ de obicei:

Temperatura: afectează oxigenul dizolvat în apă, activitatea microorganismelor și viteza reacțiilor chimice și este un parametru fundamental care trebuie corectat în aproape toate măsurătorile.

Valoarea pH-ului: Caracterizează aciditatea sau alcalinitatea corpurilor de apă și are un impact decisiv asupra supraviețuirii organismelor acvatice și asupra migrației și transformării poluanților.

Oxigenul dizolvat: Se referă la concentrația de oxigen molecular dizolvat în apă și este un indicator cheie pentru măsurarea capacității de auto-purificare a corpurilor de apă și evaluarea stării de supraviețuire a organismelor acvatice.

Conductibilitatea: caracterizează indirect concentrația totală a ionilor dizolvați în apă (adică salinitatea sau totalul solidelor dizolvate TDS) și poate fi utilizată pentru a determina gradul de mineralizare sau poluare a corpurilor de apă.

Turbiditatea: indică gradul în care corpurile de apă împiedică trecerea luminii, cauzate de particulele în suspensie în apă (cum ar fi sedimentele, algele și materia organică) și este un indicator important al proprietăților senzoriale și al curățeniei.

Notă: în anumite scenarii specifice, „cinci parametri” pot varia ușor. De exemplu, „potențialul REDOX” sau „salinitatea” pot fi uneori incluse, dar cele cinci de mai sus sunt cele mai comune și mai recunoscute definiții.

3. Ce tipuri de senzori optici sunt incluși?

Senzorii optici măsoară pe baza principiilor de interacțiune dintre substanțe și lumină (cum ar fi absorbția, împrăștierea, fluorescența, fosforescența etc.). Acestea au de obicei avantajele de a nu necesita reactivi, de a răspunde rapid și de a fi mai puțin sensibile la interferențe electromagnetice.

Principalele tipuri includ:

Senzor cu spectru de absorbție a luminii ultraviolete-vizibile

Principiu: Măsurați gradul în care probele de apă absorb lumina ultravioletă sau vizibilă de lungimi de undă specifice și calculați concentrația de poluanți pe baza legii lui Beer-Lambert.

Aplicație: Măsurarea COD (cererea chimică de oxigen), NO3-N (azot nitrat), TOC (carbon organic total), substanțe organice specifice (cum ar fi substanțele din seria benzenului), etc.

Senzor de fluorescență

Principiu: Lumina cu o anumită lungime de undă (lumină de excitare) este strălucită pe proba de apă și se măsoară intensitatea luminii cu lungime de undă mai mare (lumină de emisie) emisă de substanță după ce este excitată.

Aplicație

Senzor de clorofilă a: prin măsurarea intensității fluorescenței clorofilei în alge, acesta estimează concentrația de alge și este un instrument important pentru avertizare timpurie a înfloririi algelor.

Senzori CDOM/FDOM: Măsoară concentrația materiei organice dizolvate colorate/fluorescente, utilizate pentru urmărirea poluării organice și evaluarea eutrofizării apei.

Senzori pentru petrol: Utilizând caracteristicile de fluorescență ale hidrocarburilor aromatice policiclice din țiței, ei monitorizează poluarea cu petrol.

Senzor de turbiditate/lumină împrăștiată

Principiu: Măsurați intensitatea împrăștierii luminii de către particulele în suspensie în apă. De obicei se folosesc detectoare cu un unghi de 90° sau 180° (lumină transmisă).

Aplicație: Măsurarea directă a turbidității.

Senzor cu spectru laser

Principiu: Folosind laserul ca sursă de lumină, are avantajele monocromaticității bune și luminozității ridicate și poate realiza măsurători extrem de sensibile, cum ar fi spectroscopia Raman și spectroscopia de absorbție cu laser cu diodă reglabilă.

Aplicație: Este utilizat pentru măsurarea gazelor dizolvate (cum ar fi metanul CH4, dioxidul de carbon CO2) și diferiți urme de poluare.

4. Ce tipuri de senzori de ioni sunt incluse?

Senzorii de ioni sunt utilizați în principal pentru a detecta concentrația de ioni specifici în apă, iar miezul lor se află în electrozi selectivi pentru ioni sau tehnologii similare de detectare electrochimică.

Principalele tipuri includ:

Electrod ion-selectiv

Principiu: În partea superioară a electrodului, există o membrană specială ion-selectivă care răspunde numai la ionul țintă, generând astfel o diferență de potențial pe ambele părți ale membranei. Mărimea acestei diferențe de potențial este direct proporțională cu logaritmul concentrației ionilor (ecuația Nernst).

Tipuri comune

Electrod de pH: Cel mai clasic ISE, sensibil la H+.

Electrod de azot amoniac: Măsoară NH3 din apă printr-o membrană de permeație a gazului și apoi îl transformă în concentrația de azot amoniac.

Electrod de nitrat: Măsoară NO3-.

Electrod cu fluor: Măsoară F-.

Electrod cu cianură: Măsoară CN-.

Electrozi cu ioni de calciu, potasiu, sodiu, clorură etc.

Senzor volt-amperi

Principiu: Prin aplicarea unei tensiuni variabile la electrodul de lucru, se măsoară curentul generat de reacția REDOX. Curentul de vârf este legat de concentrația ionilor.

Aplicație: Este adesea folosit pentru măsurarea ionilor de metale grele, cum ar fi plumbul Pb⊃2;⁺, cadmiu Cd⊃2;⁺, cupru Cu⊃2;⁺, zinc Zn⊃2;⁺ etc., cu sensibilitate extrem de ridicată.

Rezumat și comparație

Categoria senzorului	Principiul de bază	Avantaje	Indicatori tipici de măsurare
Senzor optic	Interacțiunea dintre lumină și materie (absorbție, împrăștiere, fluorescență)	Nu necesită reactivi, are un răspuns rapid, poate fi monitorizat continuu și necesită întreținere relativ scăzută	Turbiditate, COD, clorofilă a, nitrat, materie organică dizolvată
Senzor de ioni	Modificări ale potențialului sau curentului electrochimic (membrane ion-selective, reacții REDOX)	Selectivitate bună, măsurare directă și aplicabilă la ioni multipli	Azot amoniac, nitrat, fluor, cianura, pH, diverși ioni de metale grele