اکسیژن محلول یا (DO (Dissolved Oxygen مقدار اکسیژن موجود در آب است و معیاری کلیدی برای کیفیت آب است که در موارد مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فهرست مطالب
اکسیژن محلول چیست؟
اکسیژن محلول (DO) مقدار اکسیژن موجود در آب است. بدنه‌های آبی اکسیژن را از اتمسفر و گیاهان آبزی دریافت می‌کنند. آب‌های جریان‌دار، مانند جریان‌های تند و سریع، اکسیژن بیشتری از آب ساکن تالاب یا دریاچه را در خود حل می‌کنند.
do معیاری کلیدی برای کیفیت آب است که در موارد مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در تصفیه صنعتی آب، سطح اکسیژن محلول می‌تواند شاخص مسائل کیفیت آب باشد که منجر به خوردگی تجهیزات می‌شود. در آبزی‌پروری، حمل و نقل ماهی، و کاربردهای آکواریومی، اکسیژن محلول مورد سنجش قرار می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که گونه‌های آبزی اکسیژن کافی برای زنده ماندن، رشد و تکثیر در زیستگاه‌شان دارند. در تاسیسات تصفیه آب شهری، اکسیژن محلول در فاضلاب در طول فرایندهای تصفیه آب هوادهی مورد نظارت قرار می‌گیرد.
چرا سنجش اکسیژن محلول مهم است؟
تمام حیوانات آبزی برای نفس کشیدن به اکسیژن محلول نیاز دارند. سطوح پایین اکسیژن (هیپوکسی) یا عدم وجود اکسیژن (آنوکسی) می‌تواند زمانی رخ دهد که مواد آلی اضافی، مثلا در شکوفایی‌های جلبکی بزرگ، توسط میکروارگانیسم‌ها تجزیه شوند. در طول این فرآیند تجزیه، اکسیژن محلولِ آب مصرف می‌شود. سطوح پایین اکسیژن اغلب در کف ستون آب رخ می‌دهد و بر موجوداتی که در رسوبات زندگی می‌کنند تاثیر می‌گذارد. در برخی از بدنه‌های آبی، سطوح اکسیژن محلول به صورت دوره‌ای، فصلی و حتی به عنوان بخشی از اکولوژی طبیعی روزانه منابع آبی، نوسان می‌کند. با کاهش سطح اکسیژن محلول، برخی از حیوانات حساس ممکن است از محیط دور شوند، دچار مشکلاتِ سلامتی شوند یا حتی بمیرند.
Dissolved Oxygen چه چیزی می‌تواند در مورد شرایط آب به ما بگوید؟
اکسیژن محلول یکی از معیارهای مهم برای کیفیت آب در نظر گرفته می‌شود، چون شاخص مستقیم توانایی یک منبع آبی برای حمایت از حیات آبی است. برای ارزیابی منابع آبی ملی ( National Aquatic Resource Surveys : NARS)، سطوح اکسیژن محلول با یک پروب اندازه‌گیری کیفیت آب کالیبره شده، معمولا همراه با اندازه‌گیری‌های دما و pH اندازه‌گیری می‌شود. در حالی که هر موجود زنده به طور کلی محدوده تحمل do خاص خود را دارد، اما سطوح اکسیژن محلول کمتر از 3 میلی‌گرم در لیتر (mg/L) نگران کننده هستند و آب‌هایی با سطوح کمتر از 1mg/L به عنوان آب‌های هیپوکسیک در نظر گرفته شده و معمولا فاقد حیات هستند.
سنسور اکسیژن محلول چیست؟
اندازه‌گیری غلظت اکسیژن محلول
غلظت اکسیژن محلول در آب می‌تواند به طور مداوم با استفاده از حسگر اکسیژن محلول نمونه‌برداری شده یا تحت نظارت قرار گیرد. سنسور اکسیژن محلول چگونه کار می‌کند؟ پاسخ به این سوال به نوع سنسور اکسیژن محلول مورد استفاده بستگی دارد. سنسورهای اکسیژن محلول که از نظر تجاری در دسترس هستند، معمولا به سه دسته تقسیم می‌شوند:
- سنسورهای اکسیژن محلول شیمیایی
- سنسورهای اکسیژن محلول پلاروگرافی
- سنسورهای اکسیژن محلول نوری
مبنای عملکردی هر نوع از سنسور اکسیژن محلول ،کمی متفاوت است. بنابراین، هر نوع حسگر اکسیژن محلول، بسته به کاربرد اندازه‌گیری آبی که در آن استفاده خواهد شد، مزایا و معایبی دارد.
اصول کاری حسگر اکسیژن محلول الکتروشیمیایی
هم سنسورهای اکسیژن محلول شیمیایی و هم سنسورهای اکسیژن محلول پلاروگرافی، انواعی از حسگرهای اکسیژن محلول الکتروشیمیایی هستند. در یک سنسور اکسیژن محلول الکتروشیمیایی، اکسیژن محلول از نمونه از سراسر غشا نفوذپذیر اکسیژن گذشته و سپس به سنسور نفوذ می‌کند. هنگامی که اکسیژن درون حسگر قرار می‌گیرد، تحت واکنش احیای شیمیایی قرار می‌گیرد، که یک سیگنال الکتریکی تولید می‌کند. این سیگنال می‌تواند توسط یک دستگاه اکسیژن محلول قرائت شود.
حسگرهای پلاروگرافی در مقایسه با حسگرهای شیمیایی
تفاوت بین یک سنسور اکسیژن محلول شیمیایی و یک حسگر اکسیژن محلول پلاروگرافی این است که یک سنسور اکسیژن محلول پلاروگرافی، نیازمند استفاده از یک ولتاژ ثابت است. در واقع دستگاه باید قطبی شود. در مقابل، حسگر اکسیژن محلول شیمیایی به دلیل ویژگی‌های ماده آند (روی یا سرب) و کاتد (نقره) به خودی خود قطبی است. این بدان معنی است که سنسورهای اکسیژن محلول شیمیایی می‌توانند بلافاصله پس از کالیبراسیون مورد استفاده قرار گیرند، اما حسگرهای پلاروگرافی به زمان گرم شدن ۵ تا ۱۵ دقیقه نیاز دارند.
اصول کاری سنسور اکسیژن فعال نوری
حسگر اکسیژن محلول نوری آند یا کاتد ندارد و اکسیژن در طول اندازه‌گیری کاهش نمی‌یابد. در عوض، کلاهک سنسور شامل یک رنگ تابشی است، که وقتی در معرض نور آبی قرار می‌گیرد، قرمز می‌شود. اکسیژن با ویژگی‌های لومینست رنگ تداخل داشته و اثری به نام “خاموش کنندگی (Quenching)” دارد. دیودِ نوری، لومینسانس “خاموش شده” را با یک خوانشِ مرجع مقایسه می‌کند که محاسبه غلظت اکسیژن محلول در آب را ممکن می‌سازد.
حسگرهای اکسیژن محلول نوری در مقایسه با حسگرهای شیمیایی
هم اندازه‌گیری اکسیژن محلول نوری و هم اندازه‌گیری اکسیژن محلول شیمیایی دارای مزایا و معایبی هستند. خبر خوب این که هر دو فن‌آوری سطح مشابهی از دقت را در هنگام اندازه‌گیری غلظت اکسیژن محلول ارائه می‌دهند. این موضوع در محدوده وسیعی از مقادیر اندازه‌گیری صادق است: آزمایش‌های میدانی نتایج مشابهی را با استفاده از سنسورهای اکسیژن محلول نوری و شیمیایی از تقریبا 1 تا 14mg/L نشان داده‌اند.
یکی از نقاط تمایز بین سنسورهای اکسیژن محلول نوری و شیمیایی این است که حسگرهای اکسیژن محلول شیمیایی به جریان وابسته هستند. این بدان معنی است که برای حفظ دقت اندازه‌گیری، حداقل سرعت جریان ورودی (۲ اینچ بر ثانیه برای مدل‌های سنسورکس Sensorex) لازم است. سنسورهای اکسیژن محلول نوری نیازی به حداقل سرعت جریان ورودی ندارند.
برخی از ترکیبات نمونه ممکن است با دقت اندازه‌گیری تداخل داشته باشند. برای مثال سولفید هیدروژن، ترکیبی که در فاضلاب، کف دریاچه و تالاب‌ها یافت می‌شود، می‌تواند به غشای حسگرهای شیمیایی نفوذ کند. حسگرهای اکسیژن محلول نوری می‌توانند انتخاب بهتری در این محیط‌ها باشند، زیرا این حسگرها مستعد اختلال با H2S نیستند.
یکی از مزایای حسگرهای اکسیژن محلول شیمیایی نسبت به حسگرهای اکسیژن محلول نوری این است که سنسور نوع شیمیایی، زمان پاسخ سریع‌تری دارند. حسگرهای اکسیژن محلول شیمیایی بسته به جنس غشا 5-2 برابر سریعتر از سنسورهای اکسیژن محلول نوری پاسخ می‌دهند. این محدودیت سنسورهای اکسیژن محلول نوری در مواردی که تعداد زیادی از نمونه‌ها اندازه‌گیری می‌شوند، بسیار پر زحمت است.
مقایسه‌ی سنسورهای اکسیژن محلول پلاروگرافی، شیمیایی و نوری
جدول زیر مزایا و معایب سه روش اصلی برای اندازه‌گیری غلظت DO را بطور خلاصه نشان داده است:
|
روش
|
مزایا
|
معایب
|
|---|---|---|
|
نوری
|
• بدون نیاز به گرم شدن • ثبات کالیبراسیون بالا • تعمیر هر 2-1 سال
|
• مصرف برق بالا • زمان پاسخ کندتر
|
|
شیمیایی
|
• بدون نیاز به گرم شدن • زمان پاسخ سریع • مقرون به صرفه
|
• تعمیر هر 8-2 هفته • حساس به سولفید هیدروژن
|
|
پلاروگرافی
|
• زمان پاسخ سریع • مقرون به صرفه
|
• زمان گرم شدن 15-5 دقیقه‌ای • تعمیر هر 8-2 هفته • حساس به سولفید هیدروژن
|
شاید چنین سوالاتی هم داشته باشید :
- چگونه سطح اکسیژن را در آب اندازه‌گیری می‌کنید؟
- چگونه حسگر اکسیژن محلول تولید می‌کنید؟
- چگونه اکسیژن محلول در آب را افزایش می‌دهید؟
- اگر اکسیژن محلول خیلی بالا باشد چه اتفاقی می‌افتد؟
- اکسیژن محلول خوب است یا بد؟