เครื่องวัดออกซิเจนละลายน้ำ (Dissolved oxygen meter) ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ออกซิเจนละลายน้ำ (DO) เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของคุณภาพน้ำ ออกซิเจนเข้าสู่น้ำได้หลายวิธี เช่น ผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงจากพืชน้ำ ผ่านคลื่นและน้ำที่ลอยตัวซึ่งผสมอากาศเข้าไปในน้ำ และโดยวิธีการแพร่จากอากาศโดยรอบ ออกซิเจนละลายได้ง่ายในน้ำโดยไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับออกซิเจน ซึ่งหมายความว่าออกซิเจนจะคงสภาพเป็นออกซิเจน โดยให้คุณสมบัติทางชีวเคมีจำนวนหนึ่ง
Dissolved oxygen (DO) ที่น้ำสามารถกักเก็บได้จะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 8 ถึง 14 มก./ลิตร ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตในน้ำ เช่นเดียวกับทุกชีวิต ต้องใช้ออกซิเจนเพื่อความอยู่รอด ระดับ DO ที่สูงมีส่วนทำให้ประชากรในน้ำมีสุขภาพดี ซึ่งช่วยในกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ในลำธารตามธรรมชาติ รวมถึงการสลายตัวของอินทรียวัตถุ สัตว์น้ำจะเครียด
หากระดับ DO ลดลงต่ำกว่า 5 มก./ลิตร และปลาจำนวนมากสามารถฆ่าได้คือระดับที่ลดลงอีกมาก ค่า DO ที่สูงยังส่งผลต่อแหล่งน้ำของเทศบาลด้วย เนื่องจากน้ำที่มีออกซิเจนจะมีรสชาติดีขึ้น มีความใสและมีกลิ่นน้อยลง อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียของระดับ DO ที่สูง เนื่องจากสามารถเพิ่มการกัดกร่อนจากการเกิดออกซิเดชันได้
ระดับออกซิเจนละลายน้ำต่ำอาจเกิดจากปัจจัยบางประการ ตัวอย่างเช่น น้ำอุ่นไม่สามารถเก็บ DO ได้มาก การมีประชากรมากเกินไปของสิ่งมีชีวิตในน้ำสามารถทำให้เกิด DO ต่ำได้เช่นกัน สัตว์น้ำและแบคทีเรียสามารถกิน DO ในปริมาณมาก ทำให้ระดับลดลงหากประชากรสูงเกินไปสำหรับสภาวะ (อุณหภูมิของน้ำและอัตราการให้ออกซิเจนซ้ำ)
การให้ปุ๋ยมากเกินไปยังเป็นสาเหตุทั่วไปที่ทำให้ระดับออกซิเจนละลายน้ำต่ำ การไหลบ่าของทุ่งเกษตรมีฟอสเฟตและไนเตรตอยู่ในระดับสูง ซึ่งอาจส่งผลให้สาหร่ายบานและขยายพันธุ์พืชน้ำ แม้ว่าพืชจะผลิตออกซิเจนผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ก็ยังใช้ออกซิเจนจำนวนมากเมื่อมีเมฆมากหรือมืดและไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้ ความหนาแน่นของพืชสูงยังนำไปสู่ความหนาแน่นสูงของสัตว์และแบคทีเรียซึ่งมีส่วนต่อการใช้ออกซิเจนและระดับ DO ต่ำ
เทคโนโลยีเซนเซอร์ออกซิเจนละลายน้ำ
เครื่องวัดออกซิเจนละลายน้ำโดยทั่วไปประกอบด้วยโพรบพร้อมเซ็นเซอร์และหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ที่ถอดรหัสและแสดงสัญญาณที่ส่งจากเซ็นเซอร์ แน่นอนว่าเซ็นเซอร์คือหัวใจและจิตวิญญาณที่แท้จริงของเครื่องวัด DO เทคโนโลยีการตรวจจับออกซิเจนละลายน้ำมีอยู่ 2 ประเภทหลัก ได้แก่ เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีและเซ็นเซอร์ออปติคัล
เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี
เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีตรวจจับไอออนในสารละลายโดยพิจารณาจากกระแสไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปประกอบด้วยแอโนดและแคโทดปิดผนึกในสารละลายอิเล็กโทรไลต์โดยเมมเบรนที่ดูดซึมออกซิเจนได้ สารละลายอิเล็กโทรไลต์จะทำให้วงจรระหว่างแคโทดและแอโนดสมบูรณ์ โมเลกุลของออกซิเจนที่ละลายน้ำจะผ่านเมมเบรนและทำปฏิกิริยากับแคโทดทำให้เกิดสัญญาณไฟฟ้าขนาดเล็กซึ่งส่งผ่านไปยังแอโนดและต่อไปยังเครื่องมือ สัญญาณเป็นสัดส่วนกับปริมาณออกซิเจนละลายน้ำที่ทำปฏิกิริยากับแคโทด
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าโมเลกุลของออกซิเจนถูกใช้ไปในการทำปฏิกิริยากับแคโทด สิ่งนี้สำคัญด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก ช่วยให้เราสามารถสรุปได้ว่าความดันออกซิเจนใต้เมมเบรนเป็นศูนย์ ดังนั้นปริมาณออกซิเจนที่กระจายผ่านเมมเบรนจึงเป็นสัดส่วนกับความดันบางส่วนของออกซิเจนที่อยู่นอกเมมเบรน ประการที่สอง เนื่องจากมีการใช้ออกซิเจน การอ่านค่าต่ำเกินจริงอาจเกิดขึ้นได้ เว้นแต่จะมีการไหลภายในตัวอย่างซึ่งทำให้น้ำเคลื่อนผ่านเมมเบรน
การวัดค่าออกซิเจนละลายน้ำจากเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีอาจได้รับผลกระทบจากความดันบรรยากาศ ตลอดจนอุณหภูมิและความเค็มของตัวอย่าง
ออปติคัลเซนเซอร์
เซ็นเซอร์วัดค่าออกซิเจนละลายน้ำแบบออปติคัลจะตรวจวัดการเรืองแสงเนื่องจากได้รับผลกระทบจากการมีออกซิเจน โดยอาศัยหลักการที่มีเอกสารประกอบอย่างดีว่าออกซิเจนละลายน้ำจะลดอายุการใช้งานและความเข้มของการเรืองแสงที่เกี่ยวข้องกับสีย้อมเคมีที่คัดเลือกมาอย่างดี
องค์ประกอบการตรวจจับด้วยแสงมีสองชั้น ชั้นนอกเป็นเมมเบรนที่ดูดซึมออกซิเจนได้ ชั้นที่สองมีสีย้อมที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษซึ่งจะเรืองแสงเมื่อตื่นเต้นด้วยแสงที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสม หัววัดจะปล่อยแสงสีน้ำเงินที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสม ซึ่งทำให้ชั้นของสีย้อมเรืองแสงหรือเรืองแสงเป็นสีแดง เมื่อไม่มีออกซิเจน ความเข้มและอายุการใช้งานของการเรืองแสงจะสูงสุด เมื่อออกซิเจนผ่านเมมเบรนที่ซึมผ่านได้
ความเข้มและอายุการใช้งานของการเรืองแสงจะลดลง ยิ่งความเข้มข้นของออกซิเจนมากเท่าใด การเรืองแสงก็ยิ่งลดลงเท่านั้น ความเข้มและอายุการใช้งานของการเรืองแสงถูกวัดโดยโฟโตไดโอดในโพรบ และเปรียบเทียบกับค่าอ้างอิงที่สามารถคำนวณระดับออกซิเจนได้
บทความที่เกี่ยวข้อง