Арт. OXYBase® WR-Blue
Растворённый кислород (Dissolved Oxygen, DO) — это количество свободных молекул кислорода (O₂), растворённых в воде или других водных растворах. При этом речь не идёт о кислороде, входящем в состав молекул воды (H₂O) или других химических соединений.
Поскольку растворимость кислорода в воде относительно невысока, содержание DO является критически важным для выживания большинства водных организмов. Поэтому этот параметр широко контролируется при оценке качества воды, в аквакультуре, на очистных сооружениях, при выращивании микроорганизмов, а также в фармацевтической и пищевой промышленности.
Как кислород растворяется в воде?
Кислород поступает в воду двумя основными путями: из атмосферы — за счёт диффузии и перемешивания воды или в результате фотосинтеза водных растений, фитопланктона и водорослей.
В быстро текущих водоёмах (реках, ручьях) содержание растворённого кислорода обычно выше, чем в стоячих водоёмах (прудах, озёрах), поскольку вода интенсивнее контактирует с воздухом.
Как температура, давление и солёность влияют на содержание DO?
Количество растворённого кислорода в воде зависит сразу от нескольких факторов: температуры, атмосферного давления и солёности.
Температура
Растворимость кислорода уменьшается с повышением температуры. Чем теплее вода, тем меньше кислорода она способна удерживать. Эта зависимость описывается коэффициентом поглощения Бунзена α(θ) и парциальным давлением кислорода p(O₂):
Атмосферное давление
Чем выше атмосферное давление, тем больше кислорода может раствориться в воде. Поскольку с увеличением высоты над уровнем моря давление снижается, вода в низменных районах способна удерживать больше растворённого кислорода, чем вода в высокогорных условиях.
Солёность
Солёность также влияет на растворимость кислорода, однако не изменяет его парциальное давление и процент насыщения. При увеличении концентрации солей растворимость кислорода снижается. Поэтому морская вода при одинаковых температуре и давлении содержит меньше кислорода в абсолютной концентрации, чем пресная вода, хотя парциальное давление кислорода остаётся одинаковым. Типичная солёность морской воды составляет около 3,5 % (35 г соли на 1000 г воды).
Методы измерения растворённого кислорода
Для определения содержания растворённого кислорода применяют несколько методов.
Метод Винклера (титрование)
Классическим методом является титрование по Винклеру. Перед анализом пробу фиксируют специальными реагентами, предотвращающими изменение содержания кислорода до момента титрования. Метод отличается высокой точностью, однако требует значительных затрат времени и плохо подходит для проведения измерений непосредственно в полевых условиях.
Электрохимические датчики (датчики Кларка)
Ещё одним традиционным способом являются электрохимические датчики растворённого кислорода. Такие датчики подключаются к измерительным приборам или регистраторам данных и нередко используются в составе многопараметрических измерительных систем. Принцип работы основан на прохождении кислорода через мембрану и его восстановлении на катоде. Возникающий электрический ток пропорционален концентрации кислорода.
Несмотря на широкое распространение, электрохимические датчики имеют ряд недостатков:
- требуют регулярной замены мембраны и электролита;
- нуждаются в частой калибровке;
- некоторые модели требуют времени на прогрев;
- для получения точных результатов необходимо перемешивание образца;
- во время измерения кислород расходуется самим датчиком, что особенно критично при анализе небольших объёмов проб и низких концентраций кислорода.
Оптические датчики растворённого кислорода
Во многих современных задачах электрохимические датчики были заменены оптическими сенсорами, поскольку они обеспечивают более высокую точность, стабильность и практически не требуют обслуживания.
Работа оптических датчиков основана на использовании специального флуоресцентного красителя, чувствительного к кислороду. В зависимости от концентрации кислорода изменяются параметры его флуоресценции, что позволяет определить содержание DO.
Главные преимущества оптической технологии:
- кислород не расходуется во время измерения;
- высокая стабильность калибровки;
- минимальное техническое обслуживание;
- возможность длительного непрерывного мониторинга.
Хотя чувствительный элемент со временем постепенно деградирует и требует замены, обслуживание таких датчиков значительно проще и проводится гораздо реже, чем у электрохимических аналогов.
Компания PreSens предлагает широкий выбор оптических решений для измерения растворённого кислорода в различных условиях.
Решения PreSens для измерения растворённого кислорода
Серия OXYBase®
Кислородные зонды OXYBase® предназначены для длительного мониторинга растворённого кислорода непосредственно на месте эксплуатации. Они широко применяются:
- в аквакультуре;
- при мониторинге качества воды;
- на очистных сооружениях;
- в экологических исследованиях.
Диапазон измерений составляет 0–100 % O₂. Зонды подключаются непосредственно к системе управления и полностью герметичны, что позволяет полностью погружать их в воду. Для эксплуатации в морской воде доступны версии в корпусе из нержавеющей стали, рассчитанные на длительную работу в агрессивной среде. Оптический сенсор расположен в сменном колпачке, который легко заменяется при необходимости.
В зависимости от исполнения доступны:
- цифровые интерфейсы RS232 и RS485;
- версии с аналоговым выходом 4–20 мА;
- исполнения с двумя токовыми выходами 4–20 мА для одновременной передачи данных по кислороду и температуре.
OXYBase® WR-Blue
Наиболее универсальной моделью серии является OXYBase® WR-Blue — автономная беспроводная система измерения кислорода, управляемая со смартфона или планшета (Android/iOS).
Комплект включает:
- широкодиапазонный датчик OXYBase® (0–100 % O₂);
- предел обнаружения 0,03 % O₂;
- встроенный температурный датчик;
- корпус из нержавеющей стали;
- Bluetooth-модуль;
- регистратор данных;
- датчик атмосферного давления для автоматической компенсации результатов измерений.
Все электронные компоненты размещены в лёгком корпусе со степенью защиты IP65. Управление осуществляется через приложение PreSens Wireless Studio, которое позволяет:
- запускать и останавливать измерения;
- изменять параметры измерений;
- выполнять калибровку датчика;
- использовать компенсацию по солёности;
- наблюдать результаты в режиме реального времени;
- загружать сохранённые данные на смартфон и экспортировать их для последующего анализа.
Смартфон в комплект поставки не входит.
Fibox 4 (trace) и погружные кислородные зонды
Для лабораторных исследований и анализа водных образцов компания PreSens предлагает портативные кислородомеры Fibox 4 и Fibox 4 trace совместно с оптическими погружными зондами.
Приборы разработаны для удобной работы в полевых условиях:
- прочный влагозащищённый корпус;
- удобное управление даже в защитных перчатках;
- температурная компенсация измерений;
- автоматическая компенсация атмосферного давления и солёности.
Fibox 4
Совместим с погружными зондами PSt3:
- предел обнаружения — 15 ppb растворённого кислорода;
- диапазон измерений — 0–100 % O₂.
Fibox 4 trace
Поддерживает работу с зондами PSt6, предназначенными для измерения сверхнизких концентраций кислорода:
- предел обнаружения — 1 ppb растворённого кислорода;
- диапазон измерений — 0–5 % O₂.
Оба прибора оснащены встроенной памятью объёмом 16 ГБ, что позволяет длительное время выполнять измерения без подключения к компьютеру. В комплект поставки входит программное обеспечение PreSens Datamanager, предназначенное для передачи данных на ПК и их последующего анализа.
Погружные оптические зонды имеют прочный корпус из высококачественной нержавеющей стали, защищающий как чувствительный элемент, так и оптическое волокно. Стандартная длина зонда составляет 10 см, внешний диаметр — 4 мм. По запросу доступны зонды другой длины.
