Startgids Opgelost zuurstof meten

Waarom u opgelost zuurstof zou moeten meten hangt af van de branche waarin u zich bevindt. De redenen waarom een wijnmaker bijvoorbeeld het gehalte DO (dissolved oxygen) in wijn gaat testen bepalen en de redenen waarom een laboratoriumtechnicus regelmatig DO in een watermonster controleert, zijn heel verschillend.

Opgelost zuurstof is een cruciale parameter bij de monitoring van de waterkwaliteit. Het is een goede indicator voor de algemene gezondheid van het ecosysteem. Naarmate meer organismen afsterven en uiteindelijk vergaan, veroorzaakt dit een bacteriële groeipiek. Deze piek resulteert in een toename van het DO-gebruik en een afname van de algehele DO-niveaus. Een daling van de DO kan voldoende zijn om dode zones te veroorzaken, waar alle waterplanten en dieren in een waterlichaam afsterven. Het monitoren van opgelost zuurstof in de aquacultuur gebeurt ook om soortgelijke redenen.

Laboratoriummetingen van DO kunnen direct zijn, maar kunnen ook worden gebruikt om BZV, OUR en SOUR te monitoren. BOD (biological oxygen demand) wordt gebruikt om het biologisch afbreekbare organische materiaal in water te helpen bepalen. Dit geeft operatoren een idee van de algemene waterkwaliteit, evenals de mate van vervuiling in het monster. OUR (oxygen uptake rate) is een snellere test dan BZV en kan worden gebruikt als indicator voor de biologische activiteit van het monster. Dit gebeurt door het zuurstofverbruik in het water te monitoren. SOUR (specific oxygen uptake rate) is de hoeveelheid zuurstof die nodig is in mg/l microben om één gram voedsel (afval) te consumeren. SOUR wordt doorgaans gemonitord bij slibbehandeling.

Temperatuur

Temperatuur is één van de grootste factoren die de opgelost zuurstof rechtstreeks beïnvloedt. Temperatuur zelf is een meting van de bewegingsenergie binnen een systeem. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de beweging van de deeltjes toe. Wanneer de temperatuur stijgt, krijgen de deeltjes, moleculen, atomen, enz. steeds meer energie. Naarmate deze deeltjes meer rond stuiteren, botsen ze met elkaar en kunnen ze de bindingen verbreken die ze bij elkaar houden. DO-deeltjes kunnen dan de bindingen die ze in de vloeistof vasthouden, verbreken, en ze kunnen uit de oplossing stuiteren. Hoe hoger de temperatuur, hoe lager de DO-concentratie. Omgekeerd, als de temperatuur daalt, neemt de beweging van de deeltjes af, en daarom stijgen de DO-concentraties.

Druk

Wanneer het over opgelost zuurstof gaat, verwijst druk naar de atmosferische druk. Bent u ooit op zeeniveau geweest en vervolgens naar een hoger gelegen plaats gereisd? Het is u wellicht opgevallen dat u zich wat lichter voelt, maar ook dat de lucht 'dunner' aanvoelt. Op die hoogte is er minder atmosferische druk. Het duurde waarschijnlijk een dag of twee voordat u zich aan de zuurstof- en drukverschillen had aangepast. Wanneer de atmosferische druk afneemt, neemt ook de partiële zuurstofdruk af. Naarmate de hoogte toeneemt, neemt de concentratie opgelost zuurstof af, omdat er niet zoveel druk is die ervoor zorgt dat de zuurstof in de vloeistof wordt verspreid. Naarmate de atmosferische druk toeneemt (dat wil zeggen teruggaat naar zeeniveau), neemt ook de partiële zuurstofdruk toe. Dus naarmate de hoogte afneemt, neemt de concentratie DO toe.

Zoutgehalte

Het zoutgehalte kan ook de hoeveelheid DO in een oplossing beïnvloeden. Dit gaat terug naar de chemie: hoe bepaalde moleculen verschillende soorten ladingen kunnen dragen. De lading die een zoutmolecule met zich meedraagt, wordt sterk aangetrokken door de watermoleculen en zal eerder in een oplossing worden opgelost. Zuurstof wordt niet zo aangetrokken door de watermoleculen in een oplossing als er zout aanwezig is. Dit komt door het feit dat zout zuurstof uit een oplossing zal stoten, omdat er gewoon niet genoeg ruimte is. Naarmate het zoutgehalte toeneemt, zal de DO afnemen.

Vochtigheid

Vocht of waterdamp kunnen de DO-concentratie en de kalibratie van bepaalde DO-meettechnologieën beïnvloeden. Wanneer u een verhoogde luchtvochtigheid heeft, heeft u een verhoogde partiële zuurstofdruk en daarom is er een verhoogd niveau van opgelost zuurstof.

We kunnen opgelost zuurstof meten via jodometrie, colorimetrie, elektroanalytische methoden en luminescentie.

Jodometrie

Jodometrie is een vorm van titratie. Bij titratie gebruikt u een stof waarvan u de concentratie kent (titrant) om de concentratie van een andere stof (monster) te bepalen. Een jodometrietitratie is een titratiemethode waarbij het verschijnen of verdwijnen van jodium wordt gebruikt om het einde van de titratie aan te geven. De titratie die wordt gebruikt voor het bepalen van de concentratie opgelost zuurstof wordt de Winkler-methode genoemd. Dit levert een 'eenmalige meting' van uw monster op.

Colorimetrie

Colorimetrie is een meting van kleur. We gebruiken chemische reagentia om met het DO-monster te reageren en deze vormen een bepaalde kleur. De intensiteit van de kleur is recht evenredig met de hoeveelheid DO in uw monster. De reagentia die bij colorimetrische tests worden gebruikt, zijn vergelijkbaar met een aangepaste versie van de Winkler-methode. Deze methode geeft, net als jodometrie, een momentopname van wat er in uw monster gebeurt met DO.

Elektroanalytische methoden

Elektroanalytische methoden zijn heel eenvoudig: door middel van elektroden voor opgelost zuurstof. De twee soorten elektroden die dit soort chemie gebruiken, worden galvanisch en polarografisch genoemd, en ze werken op basis van oxidatie-reductie (redox)-reacties. Elke elektrode levert continue live metingen voor het monitoren van uw monsters.

Redoxreacties, ook bekend als oxidatiereductiereacties, treden op wanneer er elektronenuitwisseling plaatsvindt tussen twee stoffen. Oxidatie en reductie zijn twee helften van een hele reactie; je kunt het een niet hebben zonder het ander. Het oxidatiemiddel voert oxidatie uit op het reductiemiddel, en het reductiemiddel voert reductie uit op het oxidatiemiddel.

Galvanische elektroden zijn membraanelektroden en gedragen zich als een batterij. De elektroden bestaan uit twee delen die een spanning produceren. In de dop van de elektrode zit een heel dun membraan. Dit membraan is belangrijk omdat het gassen doorlaat, maar al het andere buiten houdt. Terwijl zuurstof door het membraan stroomt, lost het op in het gebufferde elektrolyt. De zuurstof wordt vervolgens gereageerd op een deel van de elektrode dat de kathode wordt genoemd, en krijgt een elektron. Het elektron wordt geleverd door een ander deel van de elektrode, de anode. Deze reactie en de uitwisseling van elektronen zorgen ervoor dat er een spanning ontstaat tussen de kathode en de anode. Zodra de stroom is gevormd, zet de meter waaraan de elektrode is bevestigd de meetwaarde om in een DO-concentratie-eenheid.

Polarografische elektroden werken een beetje anders dan galvanische, terwijl ze nog steeds membraanelektroden zijn. In plaats van zich spontaan als een batterij te gedragen, wordt er een spanning aangelegd tussen de kathode en de anode. Deze geleverde spanning werkt als katalysator om de zuurstofreactie aan te drijven. Net als de galvanische elektroden heeft deze elektrode een membraan dat zuurstof doorlaat in het ongebufferde elektrolyt. Zodra de zuurstof de kathode raakt, krijgt deze een elektron. Hierdoor ontstaat er stroom en wordt de concentratie opgelost zuurstof bepaald. Vanwege de aangelegde spanning hebben deze elektroden vóór gebruik een opwarmtijd nodig.

Optisch opgelost zuurstof

Optische opgelost zuurstof-techniek gebruikt nog steeds een elektrode om het opgelost zuurstof te meten, maar in plaats van een reactie te monitoren, monitoren de elektrode en de meter de luminescentie. Er wordt simpelweg blauw licht uitgezonden door de elektrode, en het blauwe licht wekt het lichtgevoelige materiaal in de elektrodedop op. Terwijl het materiaal weer tot rust komt, geeft het een rood licht af, en dit wordt gemeten wanneer het een lichtsensor raakt. Als er opgelost zuurstof aanwezig is, zal dit het rode licht onderdrukken. De intensiteit, levensduur van het licht (verval) en frequentie van het rode licht zijn allemaal afhankelijk van de zuurstofconcentratie. Optische elektroden voor opgelost zuurstof kunnen ook een continue meting van uw monster uitvoeren. Optische DO-elektroden worden iets meer beïnvloed door vocht dan andere elektroden.

Draagbare meters

Draagbare meters bieden de flexibiliteit om op meerdere locaties te kunnen meten, terwijl ze toch een hoog nauwkeurigheidsniveau behouden. Deze meters kunnen qua ontwerp, testmethode en functie sterk variëren. Sommige draagbare meters zijn ontworpen als speciale meters die slechts één parameter meten, terwijl andere monsters op meer dan één parameter tegelijk kunnen testen. Sommige meters hebben als bijkomend voordeel dat ze waterdicht zijn.

Er zijn verschillende opties waarmee u de perfecte oplossing voor uw testbehoeften kunt vinden. Deze draagbare meters kunnen werken met de colorimetrische methode, een galvanische, een polarografische of een optische DO-elektrode. Het hangt echt af van uw voorkeur, monstermatrix en het gewenste nauwkeurigheidsniveau. Kalibratie van galvanische en polarografische elektroden wordt uitgevoerd met een enkelpunts- of tweepuntskalibratie. Dit kan in een zuurstofvrije oplossing of in 100% verzadigde lucht.

Hanna Instruments biedt een verscheidenheid aan meters om aan uw draagbare testbehoeften te voldoen: van speciale DO-meters, zoals de HI98193 waterdichte draagbare opgelost zuurstof- en BZV-meter (perfect voor veeleisende toepassingen) of de nieuwe HI98198 optische opgelost zuurstofmeter (die DO-testen betrouwbaarder en probleemloos maakt), tot de multiparametermeters zoals als de HI98196 pH/ORP/DO/druk/temperatuurmeter (om aan al uw behoeften op het gebied van waterkwaliteitsmetingen te voldoen.

Draagbare meters voor opgelost zuurstof

Laboratoriummeters

Tafelmodelmeters zijn, net als draagbare meters, gevarieerd en bieden veel opties om te voldoen aan de vereisten van een specifieke toepassing. Wanneer u naar tafelmodelmeters kijkt, is het een goed idee om rekening te houden met de hoeveelheid ruimte die u in gedachten heeft. Sommige meters, zoals een fotometer, kunnen meer ruimte nodig hebben dan een meter die gebruikmaakt van een elektroanalytische elektrode. Aan de andere kant van het spectrum zijn er ook labometers voor opgelost zuurstof die waardevolle werkruimte besparen doordat ze aan de muur worden gemonteerd.

Sommige tafelmodelmeters zijn speciale parametermeters. Als alleen opgelost zuurstof moet worden getest, is dit een uitstekende economische optie, zoals de HI6421 opgelost zuurstof- en BZV-meter. De geïntegreerde sensoren maken temperatuur- en barometrische drukcompensatie mogelijk.

Als er de mogelijkheid bestaat om later andere parameters te bepalen, wordt het aanbevolen om een meetinstrument te kiezen met uitbreidingsmogelijkheden. Dit betekent over het algemeen dat de eerste meter wordt gekocht als een pakket met de elektrode voor opgelost zuurstof, en dat er later andere elektroden, zoals pH, aan kunnen worden toegevoegd. Hanna Instruments biedt de HI2040 edge multiparameter DO-meter aan. Deze meter en elektrode maken DO-in-situ-testen in kleinere omgevingen mogelijk, omdat de elektrode slanker is.

Zowel draagbare als tafelmodellen voor opgelost zuurstof kunnen de belangrijkste parameters compenseren die de DO-metingen beïnvloeden (temperatuur, druk, zoutgehalte, vochtigheid). Als u uw gegevens moet rapporteren, kies dan een meter die de mogelijkheid heeft om te loggen en bestanden over te zetten naar een flashdrive of computer.

Tafelmodelmeters voor opgelost zuurstof

Inline controllers

Opgelost zuurstof kan ook continu in een proces gemeten worden met een industriële procescontroller.

De HI510 is een geavanceerde universele procesregelaar die kan worden geconfigureerd voor vele toepassingen die bewaking en/of controle van procesparameters vereisen. Deze beschikt over een digitale ingang die de controller automatisch detecteert en update met de parameter die het meet. De HI510 biedt opties voor wand-, buis- en paneelmontage.

Industriële controllers voor opgelost zuurstof