Definitionen av sensorer för övervakning av vattenkvalitet online

Definitionen av sensorer för vattenkvalitet

En vattenkvalitetssensor är en analytisk enhet som kan detektera en eller flera specifika fysikaliska eller kemiska egenskaper i vattendrag och omvandla koncentrationen eller intensiteten av dessa egenskaper till elektriska signaler som kan registreras, visas och bearbetas.

Enkelt uttryckt är dess kärnfunktioner 'perception' och 'transformation':

Perception: Genom specifika känsliga element (som elektroder, membran, optiska sonder) sker fysikaliska eller kemiska reaktioner med målämnena i vattenprovet.

Konvertering: Konvertera förändringarna som orsakas av reaktionen (som potential, ström, ljusintensitet och temperaturförändringar) till standardiserade elektriska signaler (som 4-20mA ström, digitala signaler).

Vattenkvalitetssensorer är de grundläggande enheterna för att bygga moderna vattenkvalitetsövervakningssystem, såsom automatiska övervakningsstationer online, bojar och mobila övervakningsfartyg.

2. Vilka är de konventionella 5 parametrarna för mätning?

De fem konventionella parametrarna för vattenkvalitet är de mest grundläggande och centrala indikatorerna för att utvärdera den grundläggande statusen för vattenkvalitet. De inkluderar vanligtvis:

Temperatur: Det påverkar det lösta syret i vatten, aktiviteten hos mikroorganismer och hastigheten för kemiska reaktioner, och är en grundläggande parameter som behöver korrigeras i nästan alla mätningar.

pH-värde: Det kännetecknar surheten eller alkaliniteten i vattenförekomster och har en avgörande inverkan på överlevnaden för vattenlevande organismer och migration och omvandling av föroreningar.

Upplöst syre: Det hänvisar till koncentrationen av molekylärt syre löst i vatten och är en nyckelindikator för att mäta vattenkropparnas självreningskapacitet och bedöma överlevnadsstatusen för vattenlevande organismer.

Konduktivitet: Den karakteriserar indirekt den totala koncentrationen av lösta joner i vatten (dvs. salthalt eller totala lösta fasta ämnen TDS), och kan användas för att bestämma graden av mineralisering eller förorening av vattendrag.

Grumlighet: Det indikerar i vilken grad vattenkroppar hindrar ljusets passage, orsakat av suspenderade partiklar i vatten (som sediment, alger och organiskt material), och är en viktig indikator på sensoriska egenskaper och renhet.

Obs: I vissa specifika scenarier kan 'fem parametrar' variera något. Till exempel kan 'REDOX potential' eller 'salthalt' ibland inkluderas, men ovanstående fem är de vanligaste och mest kända definitionerna.

3. Vilka typer av optiska sensorer ingår?

Optiska sensorer mäter utifrån interaktionsprinciperna mellan ämnen och ljus (såsom absorption, spridning, fluorescens, fosforescens, etc.). De har vanligtvis fördelarna av att det inte behövs reagens, snabb respons och att de är mindre mottagliga för elektromagnetiska störningar.

Huvudtyperna inkluderar:

Ultraviolett-synligt ljusabsorptionsspektrumsensor

Princip: Mät i vilken grad vattenprover absorberar ultraviolett eller synligt ljus av specifika våglängder, och beräkna koncentrationen av föroreningar baserat på Beer-Lamberts lag.

Användning: Mätning av COD (Chemical Oxygen Demand), NO3-N (nitratkväve), TOC (Total Organic Carbon), specifika organiska ämnen (såsom bensenserieämnen), etc.

Fluorescenssensor

Princip: Ljus med en specifik våglängd (excitationsljus) lyser på vattenprovet och intensiteten av det längre våglängdsljuset (emissionsljus) som sänds ut av ämnet efter att det exciterats mäts.

Ansökan

Klorofyll a-sensor: Genom att mäta fluorescensintensiteten hos klorofyll i alger uppskattar den koncentrationen av alger och är ett viktigt verktyg för tidig varning om algblomning.

CDOM/FDOM-sensorer: Mät koncentrationen av färgat/fluorescerande löst organiskt material, som används för att spåra organisk förorening och bedöma vattenövergödning.

Petroleumsensorer: Genom att använda fluorescensegenskaperna hos polycykliska aromatiska kolväten i råolja övervakar de oljeföroreningar.

Grumlighet/spritt ljussensor

Princip: Mät ljusets spridningsintensitet med suspenderade partiklar i vatten. Detektorer med en vinkel på 90° eller 180° (genomsläppligt ljus) används vanligtvis.

Användning: Direkt mätning av grumlighet.

Laserspektrumsensor

Princip: Med laser som ljuskälla har den fördelarna med god monokromaticitet och hög ljusstyrka och kan uppnå extremt känsliga mätningar, såsom Raman-spektroskopi och avstämbar diodlaserabsorptionsspektroskopi.

Användning: Den används för att mäta lösta gaser (som metan CH4, koldioxid CO2) och olika spårföroreningar.

4. Vilka typer av jonsensorer ingår?

Jonsensorer används främst för att detektera koncentrationen av specifika joner i vatten, och deras kärna ligger i jonselektiva elektroder eller liknande elektrokemiska avkänningstekniker.

Huvudtyperna inkluderar:

Jonselektiv elektrod

Princip: Överst på elektroden finns ett speciellt jonselektivt membran som bara reagerar på måljonen och därigenom genererar en potentialskillnad på båda sidor av membranet. Storleken på denna potentialskillnad är direkt proportionell mot logaritmen för jonkoncentrationen (Nernst-ekvationen).

Vanliga typer

pH-elektrod: Den mest klassiska ISE, känslig för H+.

Ammoniakkväveelektrod: Den mäter NH3 i vatten genom ett gaspermeationsmembran och omvandlar det sedan till ammoniakkvävekoncentration.

Nitratelektrod: Mäter NO3-.

Fluorelektrod: Mäter F-.

Cyanidelektrod: Mäter CN-.

Kalcium-, kalium-, natrium-, kloridjonelektroder, etc.

Volt-ampere sensor

Princip: Genom att lägga en varierande spänning på arbetselektroden mäts strömmen som genereras av REDOX-reaktionen. Toppströmmen är relaterad till jonkoncentrationen.

Användning: Den används ofta för att mäta tungmetalljoner, såsom bly Pb⊃2;⁺, kadmium Cd⊃2;⁺, koppar Cu⊃2;⁺, zink Zn⊃2;⁺, etc., med extremt hög känslighet.

Sammanfattning och jämförelse

Sensorkategori	Kärnprincip	Fördelar	Typiska mätindikatorer
Optisk sensor	Interaktionen mellan ljus och materia (absorption, spridning, fluorescens)	Det kräver inga reagens, har ett snabbt svar, kan övervakas kontinuerligt och kräver relativt lite underhåll	Grumlighet, COD, klorofyll a, nitrat, löst organiskt material
Jonsensor	Förändringar i elektrokemisk potential eller ström (jonselektiva membran, REDOX-reaktioner)	Bra selektivitet, direkt mätning och applicerbar på flera joner	Ammoniakkväve, nitrat, fluorid, cyanid, pH, olika tungmetalljoner