Визначення датчиків онлайн моніторингу якості води

Визначення датчиків якості води

Датчик якості води – це аналітичний пристрій, який здатний виявляти одну або кілька конкретних фізичних або хімічних властивостей у водоймах і перетворювати концентрацію або інтенсивність цих властивостей в електричні сигнали, які можна записати, відобразити та обробити.

Простіше кажучи, його основні функції — «сприйняття» та «трансформація»:

Сприйняття: через спеціальні чутливі елементи (наприклад, електроди, мембрани, оптичні зонди) відбуваються фізичні або хімічні реакції з цільовими речовинами у зразку води.

Перетворення: перетворює зміни, спричинені реакцією (наприклад, потенціал, струм, інтенсивність світла та зміни температури), у стандартизовані електричні сигнали (наприклад, струм 4–20 мА, цифрові сигнали).

Датчики якості води є основними елементами для побудови сучасних систем моніторингу якості води, таких як автоматичні онлайн-станції моніторингу, буї та мобільні моніторингові судна.

2. Які 5 умовних параметрів для вимірювання?

П'ять умовних параметрів якості води є найбільш фундаментальними і основними показниками для оцінки основного стану якості води. Зазвичай вони включають:

Температура: вона впливає на вміст розчиненого у воді кисню, активність мікроорганізмів і швидкість хімічних реакцій і є основним параметром, який потребує коригування майже в усіх вимірюваннях.

Значення pH: характеризує кислотність або лужність водойм і має вирішальний вплив на виживання водних організмів, а також на міграцію та трансформацію забруднюючих речовин.

Розчинений кисень: це стосується концентрації молекулярного кисню, розчиненого у воді, і є ключовим показником для вимірювання здатності до самоочищення водойм і оцінки статусу виживання водних організмів.

Провідність: опосередковано характеризує загальну концентрацію розчинених іонів у воді (тобто солоність або загальну кількість розчинених твердих речовин TDS) і може використовуватися для визначення ступеня мінералізації або забруднення водойм.

Каламутність: вказує на ступінь, до якого водойми перешкоджають проходженню світла, викликаного зваженими частинками у воді (такими як осад, водорості та органічні речовини), і є важливим показником сенсорних властивостей і чистоти.

Примітка. У деяких конкретних сценаріях 'п'ять параметрів' можуть дещо відрізнятися. Наприклад, інколи можна включити 'РЕДОКС-потенціал' або 'солоність', але наведені вище п'ять є найпоширенішими та визнаними визначеннями.

3. Які типи оптичних датчиків включені?

Оптичні датчики вимірюють на основі принципів взаємодії між речовинами та світлом (таких як поглинання, розсіювання, флуоресценція, фосфоресценція тощо). Зазвичай вони мають такі переваги, як відсутність потреби в реагентах, швидка реакція та менша чутливість до електромагнітних перешкод.

До основних видів відносяться:

Датчик спектру поглинання ультрафіолетового та видимого світла

Принцип: Виміряйте ступінь, до якого зразки води поглинають ультрафіолетове або видиме світло певної довжини хвилі, і обчисліть концентрацію забруднюючих речовин на основі закону Бір-Ламберта.

Застосування: вимірювання COD (хімічного споживання кисню), NO3-N (нітратний азот), TOC (загальний органічний вуглець), специфічних органічних речовин (таких як речовини ряду бензолу) тощо.

Датчик флуоресценції

Принцип: світло певної довжини хвилі (світло збудження) освітлюється на зразок води, і вимірюється інтенсивність світла з довшою довжиною хвилі (світло випромінювання), яке випромінює речовина після її збудження.

застосування

Датчик хлорофілу a: вимірюючи інтенсивність флуоресценції хлорофілу у водоростях, він оцінює концентрацію водоростей і є важливим інструментом для раннього попередження про цвітіння водоростей.

Датчики CDOM/FDOM: вимірюють концентрацію кольорової/флуоресцентної розчиненої органічної речовини, яка використовується для відстеження органічного забруднення та оцінки евтрофікації води.

Нафтові датчики: використовуючи характеристики флуоресценції поліциклічних ароматичних вуглеводнів у сирій нафті, вони контролюють забруднення нафтою.

Датчик каламутності/розсіяного світла

Принцип: Виміряйте інтенсивність розсіювання світла зваженими частинками у воді. Зазвичай використовуються сповіщувачі з кутом 90° або 180° (прохідне світло).

Застосування: пряме вимірювання каламутності.

Датчик лазерного спектру

Принцип: використовуючи лазер як джерело світла, він має такі переваги, як хороша монохроматичність і висока яскравість, і може досягати надзвичайно чутливих вимірювань, таких як Раманівська спектроскопія та регульована діодна лазерна спектроскопія поглинання.

Застосування: Використовується для вимірювання розчинених газів (таких як метан CH4, вуглекислий газ CO2) і різноманітних незначних забруднюючих речовин.

4. Які типи іонних датчиків включені?

Іонні датчики в основному використовуються для визначення концентрації певних іонів у воді, і їхня основа полягає в іонселективних електродах або подібних електрохімічних технологіях зондування.

До основних видів відносяться:

Іонселективний електрод

Принцип: у верхній частині електрода є спеціальна іонселективна мембрана, яка реагує лише на цільовий іон, тим самим створюючи різницю потенціалів по обидва боки мембрани. Величина цієї різниці потенціалів прямо пропорційна логарифму концентрації іонів (рівняння Нернста).

Поширені типи

pH електрод: найбільш класичний ISE, чутливий до H+.

Аміачний азотний електрод: він вимірює NH3 у воді через газопроникну мембрану, а потім перетворює його на концентрацію аміачного азоту.

Нітратний електрод: Вимірює NO3-.

Фтористий електрод: Вимірює F-.

Ціанідний електрод: Вимірює CN-.

Електроди з іонами кальцію, калію, натрію, хлориду та ін.

Вольт-ампер датчик

Принцип: застосовуючи змінну напругу до робочого електрода, вимірюється струм, який генерується ОКИСНО-ВІДНОВНОЮ реакцією. Піковий струм пов'язаний з концентрацією іонів.

Застосування: часто використовується для вимірювання іонів важких металів, таких як свинець Pb⊃2;⁺, кадмій Cd⊃2;⁺, мідь Cu⊃2;⁺, цинк Zn⊃2;⁺ тощо, з надзвичайно високою чутливістю.

Підсумок і порівняння

Категорія датчика	Основний принцип	Переваги	Типові вимірювальні показники
Оптичний датчик	Взаємодія між світлом і речовиною (поглинання, розсіювання, флуоресценція)	Він не потребує реагентів, має швидку реакцію, його можна постійно контролювати та вимагає відносно низького обслуговування	Каламутність, ГПК, хлорофіл а, нітрати, розчинена органічна речовина
Іонний датчик	Зміни електрохімічного потенціалу або струму (іонселективні мембрани, ОКИСНО-ВІДНОВНІ реакції)	Хороша селективність, пряме вимірювання та застосування до кількох іонів	Азот аміаку, нітрат, фторид, ціанід, pH, різні іони важких металів