Dissolved oxygen meter (DO meter) ใช้สำหรับวัดปริมาณออกซิเจนละลายน้ำในของเหลว ออกซิเจนเข้าสู่น้ำผ่านกระบวนการต่างๆ รวมถึงการเติมอากาศ เป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง และจากอากาศโดยรอบ ระบบน้ำที่สมบูรณ์สามารถรองรับชีวิตแบบแอโรบิกต้องมีออกซิเจนในปริมาณที่พอเหมาะ
แหล่งน้ำที่ดีต่อสุขภาพโดยทั่วไปจะมีออกซิเจนในน้ำอย่างน้อย 5 มก./ลิตร ระดับ DO ที่น้อยกว่า 5 มก./ลิตร อาจส่งผลให้สิ่งมีชีวิตในน้ำเครียด และระดับที่ยังคงต่ำถึง 1 มก./ลิตร เป็นเวลาสองสามชั่วโมงอาจส่งผลให้ปลาฆ่าอย่างกว้างขวาง ในทางกลับกัน ความอิ่มตัวของออกซิเจนที่ละลายในน้ำอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ
เมื่อพิจารณาข้อมูลที่กล่าวถึงข้างต้น จะเห็นได้ชัดว่าการวัดค่าออกซิเจนละลายน้ำมีความสำคัญอย่างยิ่งในการประเมินสุขภาพและความยั่งยืนของระบบนิเวศทางน้ำ
การเปลี่ยนแปลง DO ตามธรรมชาติ
ระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยทางธรรมชาติหลายประการ ซึ่งรวมถึง:
- สัตว์น้ำ (สิ่งมีชีวิตในน้ำมากขึ้น = DO น้อยลง)
- ระดับการสลายตัว (กระบวนการย่อยสลายใช้ออกซิเจน ส่งผลให้ DO น้อยลง)
- ประเภทของน้ำ (ธารน้ำไหลละลายออกซิเจนมากกว่าน้ำนิ่ง)
- ระดับความสูง (ระดับความสูงสูง = DO น้อย)
เทคโนโลยีเซนเซอร์ DO meter
DO meter โดยทั่วไปประกอบด้วยโพรบพร้อมเซ็นเซอร์และหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ที่ถอดรหัสและแสดงสัญญาณที่ส่งจากเซ็นเซอร์ แน่นอนว่าเซ็นเซอร์คือหัวใจและจิตวิญญาณที่แท้จริงของเครื่องวัด DO เทคโนโลยีการตรวจจับออกซิเจนละลายน้ำมีอยู่ 2 ประเภทหลัก ได้แก่ เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีและเซ็นเซอร์ออปติคัล
เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี
เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีตรวจจับไอออนในสารละลายโดยพิจารณาจากกระแสไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปประกอบด้วยแอโนดและแคโทดปิดผนึกในสารละลายอิเล็กโทรไลต์โดยเมมเบรนที่ดูดซึมออกซิเจนได้ สารละลายอิเล็กโทรไลต์จะทำให้วงจรระหว่างแคโทดและแอโนดสมบูรณ์
โมเลกุลของออกซิเจนที่ละลายน้ำจะผ่านเมมเบรนและทำปฏิกิริยากับแคโทดทำให้เกิดสัญญาณไฟฟ้าขนาดเล็กซึ่งส่งผ่านไปยังแอโนดและต่อไปยังเครื่องมือ สัญญาณเป็นสัดส่วนกับปริมาณออกซิเจนละลายน้ำที่ทำปฏิกิริยากับแคโทด สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าโมเลกุลของออกซิเจนถูกใช้ไปในการทำปฏิกิริยากับแคโทด
สิ่งนี้สำคัญด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก ช่วยให้เราสามารถสรุปได้ว่าความดันออกซิเจนใต้เมมเบรนเป็นศูนย์ ดังนั้นปริมาณออกซิเจนที่กระจายผ่านเมมเบรนจึงเป็นสัดส่วนกับความดันบางส่วนของออกซิเจนที่อยู่นอกเมมเบรน ประการที่สอง เนื่องจากมีการใช้ออกซิเจน การอ่านค่าต่ำเกินจริงอาจเกิดขึ้นได้ เว้นแต่จะมีการไหลภายในตัวอย่างซึ่งทำให้น้ำเคลื่อนผ่านเมมเบรน
การวัดค่าออกซิเจนละลายน้ำจากเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีอาจได้รับผลกระทบจากความดันบรรยากาศ ตลอดจนอุณหภูมิและความเค็มของตัวอย่าง
เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี มีสองประเภท:
เซนเซอร์แบบโพลาโรกราฟิก (Polarographic): ในเซนเซอร์แบบโพลาโรกราฟิก (หรือที่เรียกว่าแอมเพอโรเมตริก) ขั้วลบจะเป็นสีทองและขั้วบวกเป็นสีเงิน เซ็นเซอร์จ่ายแรงดันคงที่ 0.8 โวลต์ซึ่งจะทำให้วงจรสมบูรณ์และขั้วแอโนดและแคโทด
เครื่องวัดออกซิเจนละลายน้ำส่วนใหญ่ใช้เซ็นเซอร์แบบโพลาโรกราฟิก สิ่งเหล่านี้ถูกมองว่าแม่นยำและเชื่อถือได้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ ค่าที่อ่านได้อาจไม่น่าเชื่อถือในการใช้งานที่ซับซ้อนที่มีไฮโดรเจนในระดับสูง เซ็นเซอร์โพลาโรกราฟิกต้องใช้เวลาอุ่นเครื่อง 5-15 นาทีก่อนใช้งานหรือสอบเทียบ
เซ็นเซอร์แบบกัลวานิก (Galvanic Sensors): ด้วยเซ็นเซอร์แบบกัลวานิก แคโทดจะเป็นสีเงินและเป็นวัสดุอื่นที่เป็นแอโนด มักเป็นสังกะสีหรือตะกั่ว วัสดุอิเล็กโทรดมีความแตกต่างกันมากพอที่จะทำให้เกิดโพลาไรซ์ในตัวเองและทำปฏิกิริยากับโมเลกุลออกซิเจนโดยไม่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้า ซึ่งแตกต่างจากเซ็นเซอร์แบบโพลาโรกราฟิก
เซ็นเซอร์แบบกัลวานิกไม่ต้องการเวลาในการอุ่นเครื่องแม้ว่าอายุการใช้งานจะสั้นกว่าเซ็นเซอร์แบบโพลาโรกราฟิกก็ตาม
มาตรฐาน
อาจมีการผลิต ทดสอบ และใช้งานเครื่องวัดออกซิเจนละลายน้ำตามมาตรฐานต่างๆ ตัวอย่างมาตรฐาน ได้แก่
- ISO 5814 – คุณภาพน้ำ: การหาค่าออกซิเจนละลายน้ำโดยหัววัดไฟฟ้าเคมี
- ASTM D888 – วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับออกซิเจนละลายน้ำ
- BS EN 25813 – คุณภาพน้ำ: การหาปริมาณออกซิเจนละลายน้ำโดยวิธีไอโอโดเมตริก
บทความที่เกี่ยวข้อง