1. คำจำกัดความของเซ็นเซอร์ตรวจติดตามคุณภาพน้ำแบบออนไลน์
เซ็นเซอร์ตรวจสอบคุณภาพน้ำแบบออนไลน์เป็นอุปกรณ์วิเคราะห์ที่มีความแม่นยำ ซึ่งจะตรวจจับพารามิเตอร์ทางกายภาพและเคมีของแหล่งน้ำแบบเรียลไทม์อย่างต่อเนื่อง โดยแปลงการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในความเข้มข้นของสารหรือความเข้มข้นของคุณลักษณะให้เป็นสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐานที่สามารถประมวลผลได้ ช่วยให้สามารถบันทึก แสดง และวิเคราะห์ข้อมูลอัตโนมัติตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันสำหรับระบบตรวจสอบสภาพแวดล้อมของน้ำ
พูดง่ายๆ ก็คือ กลไกการทำงานหลักของเซ็นเซอร์ตรวจสอบคุณภาพน้ำออนไลน์อาศัยความสามารถหลักสองประการ:
การตรวจจับ และ
การแปลงสัญญาณ.
การตรวจจับ : เซนเซอร์จะกระตุ้นปฏิกิริยาทางกายภาพหรือเคมีเฉพาะกับสารเป้าหมายในตัวอย่างน้ำเพื่อบันทึกการเปลี่ยนแปลงคุณภาพน้ำแบบเรียลไทม์ ซึ่งติดตั้งด้วยส่วนประกอบที่มีความละเอียดอ่อนโดยเฉพาะ เช่น อิเล็กโทรดไอออน เมมเบรนที่ซึมเข้าไปได้ และหัววัดแบบออปติคอล
การแปลงสัญญาณ : การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ที่เกิดจากปฏิกิริยา (รวมถึงความต่างศักย์ กระแสไฟฟ้า ความเข้มของแสง และการแปรผันของอุณหภูมิ) จะถูกแปลงเป็นสัญญาณเอาท์พุตไฟฟ้ามาตรฐาน รวมถึงสัญญาณกระแสแอนะล็อก 4-20 mA และสัญญาณการสื่อสารแบบดิจิทัล
เนื่องจากเป็นฮาร์ดแวร์ส่วนหน้าหลักของระบบตรวจสอบสภาพแวดล้อมทางน้ำอัจฉริยะ เซ็นเซอร์ตรวจสอบคุณภาพน้ำออนไลน์จึงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวาง
ระบบตรวจสอบคุณภาพน้ำในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ สถานีตรวจสอบอัตโนมัติออนไลน์ ทุ่นตรวจสอบสภาพแวดล้อมของน้ำ เรือตรวจสอบเคลื่อนที่ และสถานการณ์การตรวจสอบน้ำอุตสาหกรรมแบบเรียลไทม์
2. พารามิเตอร์การวัดคุณภาพน้ำทั่วไป 5 รายการ
พารามิเตอร์คุณภาพน้ำทั่วไปทั้ง 5 ประการเป็นตัวบ่งชี้พื้นฐานและเชื่อถือได้มากที่สุดสำหรับการประเมินสถานะพื้นฐานของสภาพแวดล้อมทางน้ำ ครอบคลุมมิติลักษณะทางกายภาพ เคมี และระบบนิเวศของแหล่งน้ำ พารามิเตอร์หลักที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากลมีดังนี้:
อุณหภูมิของน้ำ : พารามิเตอร์การแก้ไขพื้นฐานสำหรับการตรวจวัดคุณภาพน้ำเกือบทั้งหมด โดยส่งผลโดยตรงต่อปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ กิจกรรมของจุลินทรีย์ และอัตราปฏิกิริยาเคมีของน้ำ ซึ่งทำหน้าที่เป็นข้อมูลอ้างอิงพื้นฐานสำหรับการประเมินสภาพแวดล้อมของน้ำ
ค่า pH : ตัวบ่งชี้สำคัญที่แสดงถึงความเป็นกรดและความเป็นด่างของแหล่งน้ำ มันมีอิทธิพลอย่างลึกซึ้งต่อการอยู่รอดและการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตในน้ำ รวมถึงการอพยพ การเปลี่ยนแปลง และการเพิ่มคุณค่าของมลพิษต่างๆ ในน้ำ
ออกซิเจนละลายน้ำ (DO) : หมายถึงความเข้มข้นของโมเลกุลออกซิเจนที่ละลายในน้ำ เป็นดัชนีการประเมินที่สำคัญในการตัดสินความสามารถในการทำให้บริสุทธิ์ได้เองของแหล่งน้ำ และประเมินสถานะสุขภาพของสภาพแวดล้อมทางนิเวศทางน้ำ
สภาพนำไฟฟ้า : สะท้อนถึงความเข้มข้นรวมของไอออนที่ละลายในน้ำโดยอ้อม ซึ่งสอดคล้องกับความเค็มของน้ำและของแข็งที่ละลายทั้งหมด (TDS) สามารถระบุลักษณะระดับแร่และระดับมลพิษอนินทรีย์ของแหล่งน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ความขุ่น : ระบุระดับการปิดกั้นแสงของแหล่งน้ำที่เกิดจากตะกอนแขวนลอย สาหร่าย เศษอินทรีย์ และอนุภาคอื่นๆ เป็นตัวบ่งชี้ทางภาพและทางกายภาพที่สำคัญสำหรับการประเมินความสะอาดของน้ำและระดับมลพิษที่ถูกระงับ
หมายเหตุ : การกำหนดค่าของพารามิเตอร์ทั่วไปทั้งห้าอาจมีการปรับเล็กน้อยสำหรับสถานการณ์การใช้งานเฉพาะ สำหรับความต้องการในการตรวจติดตามรายบุคคล ค่าศักยภาพรีดอกซ์ (ORP) หรือความเค็มอาจเข้ามาแทนที่พารามิเตอร์บางส่วน ในขณะที่ตัวบ่งชี้ทั้ง 5 ข้างต้นยังคงเป็นการกำหนดค่ามาตรฐานที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม
3. การจำแนกประเภทและหลักการของเซ็นเซอร์คุณภาพน้ำแบบใช้แสง
เซ็นเซอร์คุณภาพน้ำแบบออปติคอลให้การตรวจจับพารามิเตอร์คุณภาพน้ำโดยอิงตามลักษณะปฏิสัมพันธ์เชิงแสงระหว่างสารน้ำและแสง รวมถึงการดูดกลืนแสง การกระเจิง แสงเรืองแสง และเรืองแสง ด้วยการไม่ต้องใช้รีเอเจนต์ ความเร็วตอบสนองที่รวดเร็ว และความสามารถในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง ทำให้อุปกรณ์เหล่านี้กลายเป็นอุปกรณ์ตรวจสอบกระแสหลักในการตรวจจับสภาพแวดล้อมของน้ำที่มีความแม่นยำสูง ประเภทและการใช้งานหลักๆ สรุปได้ด้านล่าง:
3.1 เซ็นเซอร์สเปกตรัมการดูดซับที่มองเห็นด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต (UV-Vis)
หลักการทำงาน : ตามกฎหมายเบียร์-แลมเบิร์ต เซ็นเซอร์จะตรวจจับความเข้มของการดูดกลืนแสงของตัวอย่างน้ำที่ความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตและความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ และคำนวณความเข้มข้นของสารมลพิษเป้าหมายในเชิงปริมาณผ่านความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างการดูดกลืนแสงและความเข้มข้นของสาร
การใช้งานหลัก : การตรวจจับความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD) ไนเตรตไนโตรเจน (NO3-N) คาร์บอนอินทรีย์ทั้งหมด (TOC) แบบเรียลไทม์ และสารมลพิษอินทรีย์ที่มีลักษณะเฉพาะ เช่น ซีรีส์เบนซีนในน้ำ
3.2 เซ็นเซอร์เรืองแสง
หลักการทำงาน : ฉายรังสีตัวอย่างน้ำด้วยแสงกระตุ้นความยาวคลื่นเฉพาะ และตรวจจับความเข้มของแสงที่เปล่งออกมาความยาวคลื่นยาวที่เกิดจากการกระตุ้นของสารเรืองแสงในน้ำ เพื่อให้ทราบถึงการตรวจสอบเชิงปริมาณของสารเป้าหมาย
การใช้งานหลัก
• เซ็นเซอร์คลอโรฟิลล์-เอ: ประมาณค่าชีวมวลและความหนาแน่นของสาหร่ายโดยการตรวจจับความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เรืองแสงในน้ำ โดยแจ้งเตือนล่วงหน้าถึงการบานของสาหร่ายและยูโทรฟิเคชันของน้ำ
• เซ็นเซอร์ CDOM/FDOM: ติดตามความเข้มข้นของอินทรียวัตถุที่ละลายน้ำด้วยสี (CDOM) และอินทรียวัตถุที่ละลายด้วยฟลูออเรสเซนต์ (FDOM) ซึ่งนำไปใช้กับการติดตามมลพิษอินทรีย์และการประเมินระบบนิเวศทางน้ำ
• เซ็นเซอร์ตรวจวัดมลพิษจากปิโตรเลียม: ใช้คุณลักษณะการเรืองแสงที่เป็นเอกลักษณ์ของโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนในสารปิโตรเลียม เพื่อให้ทราบถึงการตรวจสอบออนไลน์เกี่ยวกับการรั่วไหลของน้ำมันในน้ำและมลภาวะของน้ำมัน
3.3 เซ็นเซอร์วัดความขุ่น/แสงกระจัดกระจาย
หลักการทำงาน : ตรวจจับความเข้มของการกระเจิงของแสงที่เกิดจากอนุภาคแขวนลอยในน้ำ ส่วนใหญ่ใช้การตรวจจับแสงกระจัดกระจาย 90° หรือโหมดการตรวจจับแสงที่ส่องผ่าน 180° เพื่อหาปริมาณความขุ่นของน้ำ
การใช้งานหลัก : การวัดความขุ่นของน้ำในน้ำผิวดิน น้ำเสียในครัวเรือน และน้ำเสียทางอุตสาหกรรมโดยตรงแบบเรียลไทม์ด้วยความแม่นยำสูง
3.4 เซ็นเซอร์สเปกตรัมเลเซอร์
หลักการทำงาน : ใช้เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงซึ่งมีข้อดีคือมีสีเดียวสูง ความสว่างสูง และการรบกวนต่ำ เมื่อรวมกับรามันสเปกโตรสโคปีและเทคโนโลยีสเปกโทรสโกปีการดูดกลืนแสงเลเซอร์ไดโอดแบบปรับค่าได้ ทำให้สามารถตรวจจับร่องรอยที่มีความไวสูงเป็นพิเศษ
การใช้งานหลัก : การตรวจจับก๊าซละลายปริมาณเล็กน้อย (มีเทน คาร์บอนไดออกไซด์ ฯลฯ) และมลพิษขนาดเล็กที่มีความเข้มข้นต่ำในน้ำ เหมาะสำหรับการตรวจสอบอย่างละเอียดในสภาพแวดล้อมของน้ำที่มีมาตรฐานสูง
4. การจำแนกประเภทของเซ็นเซอร์คุณภาพน้ำไอออน
เซ็นเซอร์คุณภาพน้ำไอออนเป็นอุปกรณ์ตรวจจับระดับมืออาชีพสำหรับสารไอออนิกจำเพาะในน้ำ เทคโนโลยีหลักของพวกเขาอิงจากอิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนและหลักการตรวจจับเคมีไฟฟ้าขั้นสูง พวกเขาสามารถจับกิจกรรมและความเข้มข้นของไอออนเป้าหมายในตัวอย่างน้ำได้อย่างแม่นยำ โดยมีโครงสร้างที่เรียบง่าย ตอบสนองรวดเร็วและต้นทุนต่ำ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบดัชนีไอออนิกคุณภาพน้ำทั่วไป
