Определение датчиков онлайн-мониторинга качества воды

Определение датчиков качества воды

Датчик качества воды — это аналитическое устройство, способное обнаруживать одно или несколько конкретных физических или химических свойств в водных объектах и ​​преобразовывать концентрацию или интенсивность этих свойств в электрические сигналы, которые можно записывать, отображать и обрабатывать.

Проще говоря, его основные функции — «восприятие» и «преобразование»:

Восприятие: через определенные чувствительные элементы (такие как электроды, мембраны, оптические датчики) происходят физические или химические реакции с целевыми веществами в пробе воды.

Преобразование: Преобразование изменений, вызванных реакцией (таких как потенциал, ток, интенсивность света и изменения температуры) в стандартизированные электрические сигналы (например, ток 4–20 мА, цифровые сигналы).

Датчики качества воды являются основными элементами для построения современных систем мониторинга качества воды, таких как автоматические онлайн-станции мониторинга, буи и мобильные суда мониторинга.

2. Каковы общепринятые 5 параметров измерения?

Пять традиционных параметров качества воды являются наиболее фундаментальными и основными показателями для оценки основного состояния качества воды. Обычно они включают в себя:

Температура: влияет на содержание растворенного в воде кислорода, активность микроорганизмов и скорость химических реакций и является фундаментальным параметром, который необходимо корректировать практически во всех измерениях.

Значение pH: характеризует кислотность или щелочность водоемов и оказывает решающее влияние на выживание водных организмов, а также на миграцию и трансформацию загрязняющих веществ.

Растворенный кислород: относится к концентрации молекулярного кислорода, растворенного в воде, и является ключевым индикатором для измерения способности водоемов к самоочищению и оценки состояния выживания водных организмов.

Проводимость: косвенно характеризует общую концентрацию растворенных ионов в воде (т. е. соленость или общее содержание растворенных веществ TDS) и может использоваться для определения степени минерализации или загрязнения водоемов.

Мутность: указывает на степень, в которой водоемы препятствуют прохождению света из-за взвешенных частиц в воде (таких как отложения, водоросли и органические вещества), и является важным показателем сенсорных свойств и чистоты.

Примечание. В некоторых конкретных сценариях «пять параметров» могут незначительно отличаться. Например, иногда могут быть включены «РЕДОКС-потенциал» или «соленость», но приведенные выше пять являются наиболее распространенными и признанными определениями.

3. Какие типы оптических датчиков включены в комплект?

Оптические датчики осуществляют измерения на основе принципов взаимодействия веществ и света (таких как поглощение, рассеяние, флуоресценция, фосфоресценция и т. д.). Их преимущества обычно заключаются в отсутствии необходимости в реагентах, быстром реагировании и меньшей восприимчивости к электромагнитным помехам.

К основным типам относятся:

Датчик спектра поглощения ультрафиолетового и видимого света

Принцип: Измерьте степень, в которой образцы воды поглощают ультрафиолетовый или видимый свет определенных длин волн, и рассчитайте концентрацию загрязняющих веществ на основе закона Бера-Ламберта.

Применение: измерение COD (химической потребности в кислороде), NO3-N (нитратного азота), TOC (общего органического углерода), определенных органических веществ (например, веществ ряда бензола) и т. д.

Датчик флуоресценции

Принцип: Свет определенной длины волны (возбуждающий свет) освещается на пробу воды, и измеряется интенсивность более длинноволнового света (эмиссионного света), излучаемого веществом после его возбуждения.

Приложение

Датчик хлорофилла А: измеряя интенсивность флуоресценции хлорофилла в водорослях, он оценивает концентрацию водорослей и является важным инструментом раннего предупреждения о цветении водорослей.

Датчики CDOM/FDOM: измеряют концентрацию цветных/флуоресцентных растворенных органических веществ, используются для отслеживания органического загрязнения и оценки эвтрофикации воды.

Нефтяные датчики: используя характеристики флуоресценции полициклических ароматических углеводородов сырой нефти, они контролируют загрязнение нефтью.

Датчик мутности/рассеянного света

Принцип: Измерьте интенсивность рассеяния света взвешенными частицами в воде. Обычно используются детекторы с углом 90° или 180° (проходящий свет).

Применение: Прямое измерение мутности.

Датчик лазерного спектра

Принцип: использование лазера в качестве источника света обеспечивает такие преимущества, как хорошая монохроматичность и высокая яркость, а также позволяет проводить чрезвычайно чувствительные измерения, такие как рамановская спектроскопия и спектроскопия поглощения перестраиваемого диодного лазера.

Применение: Он используется для измерения растворенных газов (таких как метан CH4, углекислый газ CO2) и различных следовых загрязнителей.

4. Какие типы ионных датчиков включены в комплект?

Ионные датчики в основном используются для определения концентрации определенных ионов в воде, и их основой являются ионоселективные электроды или аналогичные технологии электрохимического измерения.

К основным типам относятся:

Ионоселективный электрод

Принцип: В верхней части электрода расположена специальная ионоселективная мембрана, которая реагирует только на целевой ион, тем самым создавая разность потенциалов по обе стороны мембраны. Величина этой разности потенциалов прямо пропорциональна логарифму концентрации ионов (уравнение Нернста).

Распространенные типы

pH-электрод: Самый классический ИСЭ, чувствительный к H+.

Электрод для аммиачного азота: он измеряет NH3 в воде через газопроницаемую мембрану, а затем преобразует его в концентрацию аммиачного азота.

Нитратный электрод: измеряет NO3-.

Фторидный электрод: измеряет F-.

Цианидный электрод: измеряет CN-.

Кальциевые, калиевые, натриевые, хлорид-ионные электроды и т. д.

Датчик вольт-ампер

Принцип: путем приложения переменного напряжения к рабочему электроду измеряется ток, генерируемый REDOX-реакцией. Пиковый ток связан с концентрацией ионов.

Применение: Часто используется для измерения ионов тяжелых металлов, таких как свинец Pb⊃2;⁺, кадмий Cd⊃2;⁺, медь Cu⊃2;⁺, цинк Zn⊃2;⁺ и т. д., с чрезвычайно высокой чувствительностью.

Резюме и сравнение

Категория датчика	Основной принцип	Преимущества	Типовые показатели измерения
Оптический датчик	Взаимодействие света и вещества (поглощение, рассеяние, флуоресценция)	Он не требует реагентов, имеет быстрый отклик, может постоянно контролироваться и требует относительно низких эксплуатационных расходов.	Мутность, ХПК, хлорофилл а, нитраты, растворенные органические вещества
Ионный датчик	Изменения электрохимического потенциала или тока (ионоселективные мембраны, REDOX-реакции)	Хорошая селективность, прямое измерение и применимость к нескольким ионам.	Аммиачный азот, нитрат, фторид, цианид, pH, ионы различных тяжелых металлов