Всем понятно, что кислород содержится в воздухе, которым мы дышим. Но как насчет жидкостей вокруг нас? Мы не единственные организмы, которым для выживания нужен кислород. Кислород играет важную роль в сохранении пищевых продуктов, управлении водными ресурсами и мониторинге окружающей среды. Важно помнить, что кислород не просто присутствует в атмосфере, но и может быть в жидкостях. Это делает растворенный кислород ключевым измерительным параметром для многих отраслей промышленности.

В этом блоге мы рассмотрим:

• Что такое растворенный кислород?

• Зачем проводить тест на содержание растворенного кислорода?

• Что влияет на растворенный кислород?

• Как мы измеряем растворенный кислород?

- Титрование

- Гальванический

- Полярографический

- Оптический метод определения кислорода

• Какие приборы лучше всего подходят для измерения растворенного кислорода?

Зачем проводить тест на содержание растворенного кислорода?

Необходимость в  тестировании на наличие растворенного кислорода зависит от отрасли, в которой вы работаете. Например, причины, по которым винодел проводит тестирование на содержание DO в вине, и причины, по которым лаборант водоканала регулярно контролирует DO в образце воды, сильно различаются.

Растворенный кислород является жизненно важным параметром в экологическом мониторинге качества воды. Это отличный показатель общего состояния экосистемы. По мере того как все больше организмов погибает и в конечном итоге разлагается, это вызывает всплеск роста бактерий. Этот всплеск приводит к увеличению использования DO и снижению общего уровня DO. Падения уровня DO может быть достаточно, чтобы вызвать образование мертвых зон, где все водные растения и животные в водоеме отмирают. Мониторинг, проводимый в аквакультуре, также проводится по аналогичным причинам.

Лабораторные измерения DO могут быть прямыми, но их также можно использовать для мониторинга БПК, OUR и SOUR. БПК (Биологическая потребность в кислороде) используется для определения биоразлагаемого органического вещества в воде. Это дает операторам представление об общем качестве воды, а также об уровне загрязнения в пробе. OUR (Скорость поглощения кислорода) - это более быстрый тест, чем BOD, который может быть использован в качестве индикатора биологической активности образца. Это делается путем контроля потребления кислорода в воде. SOUR (Удельная скорость поглощения кислорода) - это количество кислорода, необходимое микробам в мг/л для потребления одного грамма пищи (отходов).SOUR обычно контролируют при обработке осадка(ила).

Что влияет на растворенный кислород?

Температура

Температура является одним из важнейших факторов, непосредственно влияющих на растворенный кислород. Температура сама по себе является измерением энергии движения внутри системы. С повышением температуры движение частиц увеличивается. Когда температура повышается, частицы, молекулы, атомы и т.д. Получают все больше и больше энергии. Эта энергия заставляет их двигаться быстрее. Поскольку эти частицы больше подпрыгивают, они сталкиваются друг с другом и могут разорвать связи, которые удерживают их вместе. Затем частицы DO могут разорвать связи, удерживающие их в жидкости, и они могут отскочить от раствора. Следовательно, чем выше температура, тем ниже концентрация DO. И наоборот, с понижением температуры движение частиц уменьшается, и, следовательно, концентрации повышаются.

Давление

Давление, когда говорят о растворенном кислороде, относится к атмосферному давлению. Вы когда-нибудь были на уровне моря, а затем путешествовали в более высокое место, такое как Денвер, штат Колорадо? Возможно, вы заметили, что чувствуете себя немного легче, но также и то, что воздух кажется “разреженным”. На этой высоте атмосферное давление меньше. Вероятно, вам потребовался день или два, чтобы приспособиться к перепадам кислорода и давления. Когда атмосферное давление уменьшается, парциальное давление кислорода тоже уменьшается. С увеличением высоты концентрация кислорода уменьшается, поскольку давление, удерживающее кислород, диффундирующий в жидкость, не так велико. По мере повышения атмосферного давления (т.е. возвращения к уровню моря) парциальное давление кислорода также увеличивается. Таким образом, с уменьшением высоты концентрация DO увеличивается.

Соленость

Соленость также может влиять на количество DO в растворе. Это восходит к химии: как определенные молекулы могут нести различные типы зарядов. Заряд, который несет молекула соли, сильно притягивается к молекулам воды и с большей вероятностью растворяется в растворе. Кислород не так притягивается к молекулам воды в растворе, если присутствует соль. Это связано с тем фактом, что соль выталкивает кислород из раствора, так как там просто недостаточно места. По мере увеличения солености DO будет уменьшаться.

Влажность

Влажность или водяной пар могут повлиять на концентрацию DO и калибровку определенных технологий измерения DO. Когда у вас повышенный уровень влажности, у вас повышенное парциальное давление кислорода, и, следовательно, у вас повышенный уровень растворенного кислорода.

Как мы измеряем растворенный кислород?

Мы можем измерять растворенный кислород с помощью йодометрии, колориметрии, электроаналитических методов и люминесценции.

Йодометрия

Йодометрия - это форма титрования. Титрование - это когда вы используете одно вещество, концентрация которого вам известна (титрант), для определения концентрации другого вещества (вашего образца). Йодометрическое титрование - это метод титрования, при котором появление или исчезновение йода используется для сигнализации об окончании титрования. Титрование, используемое для определения концентрации DO, называется методом Винклера. Это обеспечивает “одноразовое измерение” вашего образца.

Колориметрия

Колориметрия - это измерение цвета. Мы используем химические реагенты для реакции с образцом DO, и они образуют определенный цвет. Интенсивность цвета прямо пропорциональна количеству DO в вашем образце. Реагенты, используемые в колориметрических тестах, аналогичны модифицированной версии метода Винклера. Этот метод, так же как и йодометрия, обеспечивает моментальный снимок того, что происходит в вашем образце с помощью DO.

Электроаналитические методы

Электроаналитические методы - это, попросту говоря, датчики для растворенного кислорода. Два типа зондов, которые используют этот тип химии, называются гальваническими и полярографическими, и они работают на основе окислительно-восстановительных (окислительно-восстановительных) реакций. Любой такой датчик обеспечит непрерывные измерения в реальном времени для мониторинга ваших образцов. Прежде чем мы обсудим электроды, давайте сначала сделаем краткий обзор окислительно-восстановительных реакций.

Окислительно-восстановительные реакции, также известные как окислительно-восстановительные реакции, происходят, когда происходит обмен электронами между двумя веществами. Окисление и восстановление - это две половины одной реакции; вы не можете иметь одно без другого. Окислитель выполняет окисление на восстановителе, а восстановитель выполняет восстановление на окислителе.

1. Гальванические датчики - это мембранные датчики, и они ведут себя как батарея. Датчики состоят из двух частей, которые определяют поведение батареи (вырабатывают напряжение). В колпачке электрода находится очень тонкая мембрана. Эта мембрана важна, поскольку она проницаема для газов и пропускает их, но не пропускает все остальное. Когда кислород проходит через мембрану, он растворяется в  электролите внутри  электрода. Затем кислород вступает в реакцию на части электрода, называемой катодом, и ему передается электрон. Электрон поступает от другой части электрода, называемой анодом. Эта реакция и обмен электронами приводят к возникновению напряжения между катодом и анодом зонда. Как только ток формируется, измеритель, к которому прикреплен датчик, преобразует показания в единицу концентрации DO.
   
2. Полярографические датчики работают немного иначе, чем гальванические зонды, оставаясь при этом мембранными зондами. Вместо того, чтобы вести себя самопроизвольно, как батарея, между катодом и анодом подается напряжение. Это подаваемое напряжение работает как катализатор для запуска кислородной реакции. Как и гальванические зонды, электрод имеет мембрану, которая пропускает кислород в  электролит. Как только кислород попадает на катод, он получает электрон. Это вызывает ток и определяет концентрацию растворенного кислорода. Из-за приложенного напряжения эти датчики требуют времени прогрева перед использованием.

Оптический датчик растворенного кислорода

Оптический датчик  для измерения растворенного кислорода контролируют люминесценцию. Проще говоря, датчик излучает синий свет, и синий свет возбуждает светочувствительный материал в колпачке зонда. Когда материал снова успокаивается, он испускает красный свет, и он измеряется, когда попадает на фотодиод. Если присутствует растворенный кислород, он будет подавлять красный свет. Интенсивность, продолжительность жизни света (затухание) и частота красного света зависят от концентрации кислорода. Оптические датчики растворенного кислорода также способны обеспечить непрерывное измерение в вашем образце. Оптические датчики DO немного больше подвержены влиянию влажности, чем другие датчики.

Какие приборы лучше всего подходят для измерения растворенного кислорода?

Теперь, когда вы знаете немного больше о DO, а также о том, почему и как он измеряется, вам может быть интересно, какие инструменты лучше всего подходят для тестирования. Сначала вам нужно решить, требуется ли вам портативный измеритель или стационарный настольный измеритель.

Портативные приборы

Портативные измерители обеспечивают гибкость, позволяя проводить тестирование в нескольких местах, сохраняя при этом высокий уровень точности. Эти приборы могут сильно различаться по конструкции, методу тестирования и функциям. Некоторые портативные контроллеры спроектированы как специальные , которые проверяют только один параметр, в то время как другие могут тестировать образцы на более чем один параметр одновременно. Взгляните перед покупкой, так как некоторые контроллеры(вторичные приборы) имеют дополнительное преимущество в том, что они водонепроницаемы.

Существует множество вариантов, которые позволят вам найти идеально подходящий для ваших нужд в тестировании. Эти портативные измерители могут работать либо с колориметрическим методом, либо с гальваническим зондом, полярографическим датчиком или оптическим датчиком DO. Это действительно зависит от ваших предпочтений, матрицы выборки и уровня желаемой точности. Калибровка гальванических и полярографических датчиков выполняется как с одноточечной, так и с двухточечной калибровкой. Это можно сделать в растворе с нулевым содержанием кислорода или в 100% насыщенном воздухе. Не волнуйтесь, в комплект входит практичный калибровочный стакан, чтобы сделать процесс еще проще.

Hanna предлагает широкий выбор измерителей для удовлетворения ваших потребностей в портативном тестировании; от специализированных измерителей DO, таких как  HI98193 Waterproof Portable Dissolved Oxygen and BOD Meter (идеально подходит для требовательных приложений) или  новейшее дополнение HI98198 Optical Dissolved Oxygen Meter (что делает тестирование более надежным и беспроблемным), к нашим многопараметрическим измерителям, таким как HI98196 Multiparameter pH/ORP/DO/Pressure/Temperature Meter (для удовлетворения всех  потребностей в тестировании качества воды.)

Настольные приборы

Настольные приборы анализа кислорода, как и портативные приборы, разнообразны и предоставляют множество вариантов для удовлетворения потребностей конкретного применения. При выборе настольных анализаторов рекомендуется учитывать объем пространства, который вы имеете в виду. Некоторым приборам, таким как настольный фотометр, может потребоваться больше места, чем контроллеру, использующему электроаналитический датчик. 

Некоторые настольные контроллеры являются специализированными. Если необходимо протестировать только растворенный кислород, это отличный экономичный вариант, такой как   HI5421-01 Laboratory Research Grade Benchtop Dissolved Oxygen and BOD Meter.  Встроенные датчики температуры и барометрического давления обеспечивают компенсацию температуры и барометрического давления.

Если есть перспективы измерять другие параметры в будущем,  рекомендуется выбрать расширяемый анализатор. Обычно это означает, что вторичный прибор приобретается в комплекте с датчиком растворенного кислорода, а затем в дальнейшем могут быть добавлены другие датчики, такие как pH,электропроводность. Hanna предлагает многопараметрический измеритель HI2040-01 edge® Multiparameter DO Meter. Этот измеритель и зонд позволяют проводить тестирование на месте в более узких условиях, так как зонд более тонкий.

Как портативные, так и настольные приборы для измерения растворенного кислорода могут компенсировать  параметры, влияющие на показания DO (температура, давление, соленость, влажность). Если вам нужно сообщить о своих показаниях, выберите контроллер, который имеет возможность регистрировать и загружать файлы на флэш-накопитель или компьютер.