ความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายน้ำ (DO) เป็นพารามิเตอร์คุณภาพน้ำที่สำคัญซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและความสามารถในการทำความสะอาดตัวเองของแหล่งน้ำ ในบรรดาเทคนิคการวัดต่างๆ เซ็นเซอร์ DO แบบโพลาโรกราฟิก—หรือที่เรียกว่าขั้วไฟฟ้า Clark—ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ และการบำบัดน้ำเสีย เนื่องจากความเรียบง่ายในการใช้งานและความน่าเชื่อถือ บทความนี้ให้การตรวจสอบอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับหลักการทำงาน ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค และปัจจัยที่มีอิทธิพล
โดยพื้นฐานแล้ว วิธีการโพลาโรกราฟิกจะวัดออกซิเจนที่ละลายน้ำผ่านการลดลงของไฟฟ้า เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าเฉพาะระหว่างขั้วไฟฟ้าทำงาน (แคโทด) และขั้วไฟฟ้าเคาน์เตอร์ (แอโนด) โมเลกุลออกซิเจนจะลดลงที่พื้นผิวแคโทด ทำให้เกิดสัญญาณกระแสไฟฟ้าที่สัดส่วนกับความเข้มข้นของ DO
เซ็นเซอร์ DO แบบโพลาโรกราฟิกมาตรฐานประกอบด้วย:
การวัดขึ้นอยู่กับสองปฏิกิริยาพร้อมกัน:
แคโทด (การลดลง): O2+ 2H2O + 4e−→ 4OH−
แอโนด (ออกซิเดชัน): Ag → Ag++ e−(หรือ AgCl + e−→ Ag + Cl−)
แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ต้องเกินเกณฑ์เพื่อลดออกซิเจนให้สมบูรณ์ที่พื้นผิวแคโทด สร้างระบอบกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมการแพร่กระจายซึ่งอธิบายโดยกฎข้อแรกของ Fick:
โดยที่ IDแสดงถึงกระแสการแพร่กระจายที่แปรผันโดยตรงกับความเข้มข้นของออกซิเจนจำนวนมากเมื่อ Csurface≈ 0.
ช่วงการทำงานทั่วไป (-0.6V ถึง -0.8V เทียบกับ Ag/AgCl) ต้องรักษาสมดุลระหว่างการลดออกซิเจนให้สมบูรณ์กับความเสี่ยงจากการรบกวน การสอบเทียบเชิงประจักษ์จะกำหนดจุดทำงานในอุดมคติภายในที่ราบสูงการแพร่กระจาย
เซ็นเซอร์สมัยใหม่รวมโพรบวัดอุณหภูมิเพื่อปรับค่าความผันแปรของความสามารถในการละลายของออกซิเจนโดยอัตโนมัติ (ประมาณ 2%/°C) ผ่านวงจรฮาร์ดแวร์หรือการแก้ไขอัลกอริทึม
การใช้งานในทะเลต้องมีการชดเชยสำหรับการลดลงของความสามารถในการละลายที่เกิดจากเกลือ โดยทั่วไปจะใช้ผ่านตารางการค้นหาหรือสูตรเชิงประจักษ์
การกวนสารละลายที่ควบคุมจะช่วยลดความหนาของชั้นการแพร่กระจาย (δ) โดยมีอัตราการกวนที่เหมาะสมที่สุดซึ่งรักษาสมดุลระหว่างความแม่นยำในการวัดกับความเสี่ยงในการเกิดฟองอากาศ
วัสดุเมมเบรนถูกเลือกตาม:
การบำรุงรักษาเมมเบรนเป็นประจำรวมถึงการทำความสะอาดเบาๆ และการเปลี่ยนเป็นระยะเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพ
ความท้าทายที่สำคัญ ได้แก่:
ขั้นตอนมาตรฐานเกี่ยวข้องกับ:
แนะนำให้ทำการสอบเทียบรายเดือนสำหรับการใช้งานตรวจสอบตามปกติ
เซ็นเซอร์โพลาโรกราฟิกมีบทบาทสำคัญใน:
การพัฒนาที่เกิดขึ้นใหม่มุ่งเน้นไปที่:
การวัดออกซิเจนที่ละลายน้ำแบบโพลาโรกราฟิกยังคงเป็นเทคนิคที่แข็งแกร่งและหลากหลายสำหรับการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมทางน้ำ ความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับหลักการทำงานและข้อจำกัดช่วยให้มั่นใจได้ถึงการรวบรวมข้อมูลที่ถูกต้องในแอปพลิเคชันต่างๆ การปรับปรุงเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องสัญญาว่าจะเพิ่มขีดความสามารถสำหรับเครื่องมือประเมินคุณภาพน้ำที่จำเป็นนี้
ความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายน้ำ (DO) เป็นพารามิเตอร์คุณภาพน้ำที่สำคัญซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและความสามารถในการทำความสะอาดตัวเองของแหล่งน้ำ ในบรรดาเทคนิคการวัดต่างๆ เซ็นเซอร์ DO แบบโพลาโรกราฟิก—หรือที่เรียกว่าขั้วไฟฟ้า Clark—ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ และการบำบัดน้ำเสีย เนื่องจากความเรียบง่ายในการใช้งานและความน่าเชื่อถือ บทความนี้ให้การตรวจสอบอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับหลักการทำงาน ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค และปัจจัยที่มีอิทธิพล
โดยพื้นฐานแล้ว วิธีการโพลาโรกราฟิกจะวัดออกซิเจนที่ละลายน้ำผ่านการลดลงของไฟฟ้า เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าเฉพาะระหว่างขั้วไฟฟ้าทำงาน (แคโทด) และขั้วไฟฟ้าเคาน์เตอร์ (แอโนด) โมเลกุลออกซิเจนจะลดลงที่พื้นผิวแคโทด ทำให้เกิดสัญญาณกระแสไฟฟ้าที่สัดส่วนกับความเข้มข้นของ DO
เซ็นเซอร์ DO แบบโพลาโรกราฟิกมาตรฐานประกอบด้วย:
การวัดขึ้นอยู่กับสองปฏิกิริยาพร้อมกัน:
แคโทด (การลดลง): O2+ 2H2O + 4e−→ 4OH−
แอโนด (ออกซิเดชัน): Ag → Ag++ e−(หรือ AgCl + e−→ Ag + Cl−)
แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ต้องเกินเกณฑ์เพื่อลดออกซิเจนให้สมบูรณ์ที่พื้นผิวแคโทด สร้างระบอบกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมการแพร่กระจายซึ่งอธิบายโดยกฎข้อแรกของ Fick:
โดยที่ IDแสดงถึงกระแสการแพร่กระจายที่แปรผันโดยตรงกับความเข้มข้นของออกซิเจนจำนวนมากเมื่อ Csurface≈ 0.
ช่วงการทำงานทั่วไป (-0.6V ถึง -0.8V เทียบกับ Ag/AgCl) ต้องรักษาสมดุลระหว่างการลดออกซิเจนให้สมบูรณ์กับความเสี่ยงจากการรบกวน การสอบเทียบเชิงประจักษ์จะกำหนดจุดทำงานในอุดมคติภายในที่ราบสูงการแพร่กระจาย
เซ็นเซอร์สมัยใหม่รวมโพรบวัดอุณหภูมิเพื่อปรับค่าความผันแปรของความสามารถในการละลายของออกซิเจนโดยอัตโนมัติ (ประมาณ 2%/°C) ผ่านวงจรฮาร์ดแวร์หรือการแก้ไขอัลกอริทึม
การใช้งานในทะเลต้องมีการชดเชยสำหรับการลดลงของความสามารถในการละลายที่เกิดจากเกลือ โดยทั่วไปจะใช้ผ่านตารางการค้นหาหรือสูตรเชิงประจักษ์
การกวนสารละลายที่ควบคุมจะช่วยลดความหนาของชั้นการแพร่กระจาย (δ) โดยมีอัตราการกวนที่เหมาะสมที่สุดซึ่งรักษาสมดุลระหว่างความแม่นยำในการวัดกับความเสี่ยงในการเกิดฟองอากาศ
วัสดุเมมเบรนถูกเลือกตาม:
การบำรุงรักษาเมมเบรนเป็นประจำรวมถึงการทำความสะอาดเบาๆ และการเปลี่ยนเป็นระยะเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพ
ความท้าทายที่สำคัญ ได้แก่:
ขั้นตอนมาตรฐานเกี่ยวข้องกับ:
แนะนำให้ทำการสอบเทียบรายเดือนสำหรับการใช้งานตรวจสอบตามปกติ
เซ็นเซอร์โพลาโรกราฟิกมีบทบาทสำคัญใน:
การพัฒนาที่เกิดขึ้นใหม่มุ่งเน้นไปที่:
การวัดออกซิเจนที่ละลายน้ำแบบโพลาโรกราฟิกยังคงเป็นเทคนิคที่แข็งแกร่งและหลากหลายสำหรับการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมทางน้ำ ความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับหลักการทำงานและข้อจำกัดช่วยให้มั่นใจได้ถึงการรวบรวมข้อมูลที่ถูกต้องในแอปพลิเคชันต่างๆ การปรับปรุงเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องสัญญาว่าจะเพิ่มขีดความสามารถสำหรับเครื่องมือประเมินคุณภาพน้ำที่จำเป็นนี้
