Opgeloste zuurstof: de voordelen van optisch meten

15/11/2021

Zoals op alle gebieden, verwachten we dat de nieuwste generatie meetinstrumenten robuuster en efficiënter zijn dan de vorige. Bovendien moeten ze ook gemakkelijk te hanteren zijn en zo min mogelijk kalibratie- en onderhoudsinspanning vereisen. Met name dit laatste punt wordt steeds belangrijker in de race om de kosten en tijdbesteding van de operator te verminderen.

Oxidatie-reductiereactie versus fluorescentie-extinctie

Om dit experiment uit te voeren, hebben we twee systemen voor het bepalen van opgeloste zuurstof in water onder de loep genomen en vergeleken in termen van behandeling, kalibratie, onderhoud, meting en de ongewenste invloed van mogelijke vervuiling op het meetresultaat. Hiertoe werd een instrument met een goedgekeurde galvanische elektrode HI98194 van Hanna Instruments vergeleken met een nieuw apparaat met een optische elektrode HI98198, ook van Hanna Instruments. Uitgerust met sensoren met verschillende technologieën, werken de twee apparaten ook met verschillende meetprincipes. Terwijl de HI98194 het zuurstofgehalte bepaalt door middel van een oxidatie-reductiereactie, gebruikt de HI98198 het principe van fluorescentie-extinctie voor meting.

Bekijk de opgeloste zuurstofmeters van Hanna Instruments

Drie testen

Kalibratiebuffers aanvullen

Om het gedrag van de twee elektrodes onder verschillende omstandigheden te verifiëren, werden metingen gedaan in verschillende waterlichamen. Hiervoor zijn achtereenvolgend drie metingen uitgevoerd in drie verschillende oppervlaktewaters (de Rijn, de Neckar en een meer).

De elektrode werd ondergedompeld in water om het zuurstofverbruik te garanderen. We hebben gewacht tot de waarde stabiel was. De respectieve gemiddelde waarden voor het apparaat met de optische elektrode HI98198 (tabel 1) en voor het apparaat met de galvanische elektrode HI98194 (tabel 2) worden hieronder weergegeven.

Tabel 1: resultaten HI98198
 

Plaats van bemonstering OD [% Verzadiging] OD [mg/l]
Meer 99,7 10,68
Rijn 95,0 9,91
Neckar 94,6 10,49
 

Tabel 2: resultaten HI98194
 

Plaats van bemonstering OD [% Verzadiging] OD [mg/l]
Meer 101,7 10,83
Rijn 96,6 10,02
Neckar 97,7 10,86

Invloeden door vervuiling

Kalibratiebuffers aanvullen

Veel natuurlijke waterlichamen hebben vervuiling, die van natuurlijke oorsprong kan zijn (bv. opvliegend zand) of van ongecontroleerde oorsprong (bv. benzine of olie). Om de gevoeligheid van de twee elektrodes voor waterverontreiniging te achterhalen, werd een experiment uitgevoerd met water dat olie bevat. Om realistische omstandigheden te simuleren, werd 350 ml water gemengd met 1 ml olie en de waarden werden geregistreerd over een periode van 75 minuten. Daarna werd de hoeveelheid olie weer verhoogd door 9 ml olie toe te voegen en werden de waarden nog eens 50 minuten geregistreerd. De evolutie in de tijd van de zuurstofconcentratie werd vervolgens uitgezet voor HI98198 (figuur 1) en HI98194 (figuur 2). Het is duidelijk te zien dat de toevoeging van olie leidt tot een vermindering van de zuurstofconcentratie in het water. Hoe meer olie er wordt toegevoegd, hoe lager het zuurstofgehalte.

Figuur 1 Evolutie van de O2-concentratie na toevoeging van olie en na reiniging
 

Figuur 2 Evolutie van de O2-concentratie na toevoeging van olie en na reiniging
 

Om te controleren of de twee instrumenten na deze test nog perfect werkten, werden de elektrodes gespoeld met gedestilleerd water en de olieresten gereinigd met een doek. Daarna werden deze opnieuw gedurende 40 minuten in een bekerglas met water gedompeld. Het galvanische systeem, HI98194 (figuur 2), en het optische systeem, HI98198 (figuur 1), keerden zonder problemen terug naar de oorspronkelijke waterwaarden. Dit toont aan dat noch het membraan van de HI98194, noch de Smart Cap van de HI98198 schade lijdt bij het meten in een met olie beladen vloeistof.

Hogere concentratie

Kalibratiebuffers aanvullen

Een ander experiment werd uitgevoerd met een nog hogere olieconcentratie om het membraan onder zeer moeilijke omstandigheden te testen. Beide elektrodes werden ondergedompeld in een mengsel van 500 ml water met 50 ml olie en het mengsel werd gedurende 85 minuten geroerd. Net als in eerdere experimenten werd elke 5 minuten een meetpunt geregistreerd en werd de temporele evolutie van de zuurstofconcentratie uitgezet voor het HI98198-model  (figuur 3) en het HI98194-model  (figuur 4).

Figuur 3 Evolutie van de O2-concentratie na toevoeging van olie met optische elektrode
 

 

Figuur 4 Evolutie van de O2-concentratie na toevoeging van olie met galvanische elektrode
 

Conclusie

Kalibratiebuffers aanvullen

Door de toevoeging van olie wordt de zuurstofconcentratie gedurende korte tijd verhoogd. Daarna neemt het in beide gevallen weer af totdat na ongeveer 30 minuten een relatief stabiel systeem wordt gevormd. Het is duidelijk te zien dat beide systemen heel goed omgaan met deze moeilijke omstandigheden. Er zijn echter twee uitschieters waar te nemen in het galvanische systeem. Dit werd waarschijnlijk veroorzaakt door oliebellen direct bij het membraan, waardoor de invallende stroom korte tijd afneemt. De oliebellen losten weer op dankzij het permanent roeren en de waarde werd vervolgens genormaliseerd.

Samenvattend kan worden gesteld dat beide systemen goed werken in reële omstandigheden en met lichte vervuiling. Alleen bij een hogere belasting vertoont het galvanische systeem een iets minder sterke prestatie. Op het gebied van behandeling, kalibratie en onderhoud heeft het optische systeem echter voordelen ten opzichte van het galvanische. Er is geen onderhoud nodig voor de optische elektrode, die zonder membranen en elektrolyt werkt.

Bronnen

S. Bell,F.Dunand, M.Schubert und R.König,  VGB Powertech  2012,  9,1-6.
Leland C. Clark, Richard Wolf, Donald Granger, Zena Taylor,  J. Appl Phiosol. 1953,  6 (3),  189-193.
I.Klimant, M.Kuhl, R.N.Glud, G.Holst, Sensoren en actuatoren B: Chemicaliën  1997,  38-39, 29-37.

Auteur : Dr. Katharina Fejfar, Hanna Instruments Duitsland, Vöhringen





< Terug