اندازه گیری اکسیژن محلول در آب یک پارامتر اساسی برای ارزیابی کیفیت آب در پایشهای زیست محیطی، فرآیندهای صنعتی و سیستمهای آبزی پروری است. این پارامتر به مقدار گاز اکسیژن موجود در آب اشاره دارد که برای بقای حیات آبزیان و پشتیبانی از فرآیندهای مختلف بیولوژیکی و شیمیایی ضروری است. اندازه گیری دقیق DO به شناسایی مشکلات بالقوه مانند آلودگی، آلودگی آلی یا هوادهی ناکافی کمک میکند و امکان اقدامات اصلاحی به موقع را فراهم میکند. در این بررسی از وبسایت «رسوب آب» در مورد اندازه گیری اکسیژن محلول در آب صحبت میکنیم.
اکسیژن محلول در آب چیست؟
اکسیژن محلول (DO) در آب به مقدار گاز اکسیژن (O₂) موجود در آب برای موجودات آبزی و واکنشهای شیمیایی اشاره دارد. برخلاف اکسیژن متصل به مولکولهای آب (H₂O)، اکسیژن محلول به صورت مولکولهای اکسیژن آزاد وجود دارد که از طریق فرآیندهای طبیعی مانند انتشار از هوا، فتوسنتز توسط گیاهان آبزی و حرکت از جریانها یا هوادهی با آب مخلوط میشوند.
این یک شاخص حیاتی برای کیفیت آب است، زیرا سطح کافی DO برای بقای ماهی ها، بی مهرگان و میکروارگانیسمهای هوازی ضروری است. سطوح پایین میتواند نشان دهنده آلودگی، مواد آلی بیش از حد یا شرایط راکد باشد، در حالی که سطوح بالا عموماً نشان دهنده یک محیط سالم و با اکسیژن خوب است.
اهمیت اندازه گیری اکسیژن محلول در آب
اندازه گیری اکسیژن محلول در آب برای حفظ سلامت اکوسیستم، تضمین کارایی فرآیندهای صنعتی و حفظ سلامت عمومی بسیار مهم است. در آبهای طبیعی، سطح کافی اکسیژن محلول، حیات آبزیان را پشتیبانی میکند و نشان دهنده یک محیط متعادل است، در حالی که در تصفیه فاضلاب، سطح مناسب اکسیژن برای فعالیت میکروبی که آلایندهها را تجزیه میکند، ضروری است.
در صنایعی مانند تولید مواد غذایی و آشامیدنی، داروسازی و آبزی پروری، اندازه گیری اکسیژن محلول به کنترل کیفیت محصول، جلوگیری از فساد و بهینه سازی فرآیندهای بیولوژیکی کمک میکند. نظارت منظم، تشخیص زودهنگام کاهش اکسیژن را امکان پذیر میکند و امکان مداخلات به موقع برای جلوگیری از مرگ ماهی ها، کاهش تولید یا عدم رعایت مقررات را فراهم میکند.
روشهای اندازه گیری اکسیژن محلول در آب
در ادامه به روشهای اندازه گیری اکسیژن محلول در آب اشاره میکنیم:
روش تیتراسیون وینکلر
روش تیتراسیون وینکلر یکی از قدیمیترین و دقیقترین تکنیکها برای اندازه گیری اکسیژن محلول، به ویژه در محیطهای آزمایشگاهی است. این روش شامل افزودن معرفهای شیمیایی خاص – معمولاً سولفات منگنز و محلول یدید قلیایی – به نمونه آب است که با اکسیژن محلول واکنش داده و رسوب تشکیل میدهند. پس از اسیدی شدن، رسوب، معادل ید موجود در محتوای DO را آزاد میکند که سپس با محلول تیوسولفات سدیم تا رسیدن به نقطه پایانی تیتر میشود.
مقدار تیترانت مورد استفاده مستقیماً با غلظت اکسیژن مرتبط است. اگرچه این روش بسیار دقیق است، اما نیاز به جابجایی ماهرانه، نگهداری دقیق نمونه و آزمایش فوری برای جلوگیری از تغییرات سطح اکسیژن در طول ذخیره سازی دارد. این روش به طور گسترده برای تحقیقات کیفیت آب، نظارت بر محیط زیست و کالیبراسیون کنتورهای الکترونیکی DO استفاده میشود.
حسگرهای الکتروشیمیایی (نوع کلارک)
سنسورهای الکتروشیمیایی، به ویژه الکترودهای نوع کلارک، به طور گسترده برای اندازه گیری اکسیژن محلول در آب در زمان واقعی استفاده میشوند. این حسگرها با قرار دادن یک غشای نازک نفوذپذیر به اکسیژن روی یک سلول الکتروشیمیایی حاوی آند و کاتد کار میکنند. اکسیژن از طریق غشا پخش میشود و در کاتد کاهش مییابد و جریان الکتریکی متناسب با غلظت اکسیژن تولید میکند.
این روش خوانشهای سریع و مداوم را فراهم میکند و آن را برای نظارت میدانی، سیستمهای آبزی پروری و فرآیندهای صنعتی ایده آل میسازد. با این حال، برای اطمینان از دقت، به کالیبراسیون و نگهداری منظم، از جمله تعویض غشا و پر کردن مجدد الکترولیت، نیاز دارد. در حالی که حسگرهای الکتروشیمیایی نسبتاً مقرون به صرفه و قابل حمل هستند، میتوانند به نوسانات دما و شرایط جریان حساس باشند که باید در طول اندازه گیریها در نظر گرفته شوند.
حسگرهای نوری (لومینسانس) DO
سنسورهای نوری اکسیژن محلول از فناوری مبتنی بر لومینسانس برای اندازه گیری سطح اکسیژن بدون مصرف اکسیژن در فرآیند استفاده میکنند. آنها با پوشش یک سطح حسگر با یک رنگ لومینسانس که به تحریک نور واکنش نشان میدهد، کار میکنند. وجود اکسیژن طول عمر لومینسانس رنگ را کوتاه میکند و حسگر این تغییر را برای تعیین غلظت DO اندازه گیری میکند.
این روش پایداری بالا، حداقل نیاز به نگهداری و عملکرد عالی در محیطهای کم اکسیژن را ارائه میدهد و آن را در تصفیه فاضلاب، مطالعات محیطی و کاربردهای صنعتی با دقت بالا محبوب میکند. حسگرهای نوری نیازی به محلولهای الکترولیت یا کالیبراسیون مکرر ندارند و کمتر تحت تأثیر جریان آب و تغییرات دما قرار میگیرند. اگرچه آنها معمولاً گرانتر از حسگرهای الکتروشیمیایی هستند، اما طول عمر طولانی و نیاز به نگهداری کم آنها اغلب سرمایه گذاری را توجیه میکند.
اندازه گیری به روش یدومتر
روش یدومتری که معمولاً برای اندازه گیری اکسیژن محلول استفاده میشود، یک تکنیک شیمیایی مرطوب است که بر اساس این اصل بنا شده است که اکسیژن موجود در آب، یونهای یدید (I⁻) را در حضور کاتالیزور منگنز در شرایط قلیایی به ید (I₂) اکسید میکند. سپس ید آزاد شده با محلول استاندارد تیوسولفات سدیم تیتر میشود تا به نقطه پایانی بی رنگ برسد که معمولاً با تبدیل نشاسته از آبی به بی رنگ نشان داده میشود.
مقدار تیوسولفات استفاده شده مستقیماً با غلظت اکسیژن محلول در نمونه متناسب است. این روش بسیار دقیق است و اغلب به عنوان مرجعی برای کالیبراسیون حسگرهای الکترونیکی استفاده میشود، اگرچه قبل از تجزیه و تحلیل نیاز به جابجایی دقیق نمونه دارد تا از افزایش یا کاهش اکسیژن جلوگیری شود.
اندازه گیری اکسیژن محلول در آب در آزمایشگاههای رسوب آب