¿Cuál es el secreto detrás de los modernos analizadores de oxígeno disuelto? Descubre cómo estos dispositivos de alta tecnología funcionan y cómo nos ayudan a medir con precisión los niveles de oxígeno en el agua. Sumérgete en el fascinante mundo del principio de funcionamiento del analizador de oxígeno disuelto y descubre cómo estas herramientas son esenciales en diversas industrias, desde la acuicultura hasta el tratamiento de aguas residuales.
En este artículo, discutiremos el principio de funcionamiento del analizador de oxígeno disuelto. Un sensor de oxígeno disuelto monitorea la concentración de oxígeno disuelto en el agua.
¿Qué es el Oxígeno Disuelto?
El oxígeno disuelto es la cantidad de oxígeno que se disuelve en el agua. El oxígeno disuelto está representado por mg/L. Medimos el oxígeno disuelto porque el oxígeno es un elemento esencial para la respiración de las criaturas que viven bajo el agua y el oxígeno disuelto también actúa como un oxidante químico. La solubilidad del oxígeno en cualquier agua determinada se ve afectada en gran medida por la temperatura del agua, la salinidad del agua y la presión barométrica del agua.
Medición de Oxígeno Disuelto
1. Sensores electroquímicos de oxígeno disuelto
Los sensores electroquímicos de oxígeno disuelto a veces se denominan sensores amperométricos o tipo Clark. Hay dos tipos de sensores electroquímicos de oxígeno disuelto disponibles: galvánica y polarográfica. Los sensores de oxígeno disuelto Polarograph se pueden dividir en sensores estáticos y sensores de pulso rápido. Tanto el sensor galvánico de oxígeno disuelto como el sensor polarográfico de oxígeno disuelto utilizan dos electrodos de polarización (ánodo y cátodo) en el electrolito. El electrodo y el electrolito están separados de la muestra por una delgada membrana semipermeable.
Al medir, el oxígeno disuelto se difunde a través de la membrana en proporción a la presión de oxígeno en el agua. Luego, el oxígeno disuelto se reduce y se usa en el cátodo. Esta reacción produce una corriente que es directamente proporcional a la concentración de oxígeno. Esta corriente siempre es transportada por los iones que están presentes en el electrolito y fluyen al ánodo desde el cátodo.
Sensores galvánicos de oxígeno disuelto
En los sensores galvánicos de oxígeno disuelto, los electrodos están hechos de metales diferentes. Los metales tienen diferentes potenciales según su secuencia de actividad (la facilidad con la que donan o aceptan electrones). Cuando se coloca en una solución electrolítica, se autopolariza debido al potencial entre metales diferentes.
Esta autopolarización significa que el sensor de oxígeno galvánico no requiere tiempo de calentamiento. Para reducir el oxígeno sin potencial externo, la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo debe ser de al menos 0,5 voltios.
El ánodo del sensor galvánico de oxígeno disuelto suele ser zinc, plomo u otro metal activo, y el cátodo es plata u otro metal precioso. La solución de electrolito puede ser hidróxido de sodio, cloruro de sodio u otro electrolito inerte. La respuesta electroquímica del sensor de oxígeno galvánico es muy similar a la del sensor de oxígeno polarógrafo, pero no requiere un potencial constante separado.
Los diferentes electrodos se autopolarizan y los electrones se mueven internamente desde el ánodo hacia el cátodo. El cátodo permanece inerte, funciona solo para transferir electrones y no interfiere con la reacción. Esto oxida el ánodo y reduce el oxígeno en la superficie del cátodo. Debido a este efecto, comienza a fluir una corriente que puede convertirse en una señal proporcional de 4 mA a 20 mA u otra señal utilizando un transmisor adecuado.
Sensores polarográficos de oxígeno disuelto
Los sensores polarográficos de oxígeno disuelto son sensores electroquímicos que consisten en un ánodo de plata y un cátodo de metal noble (oro, platino, rara vez plata, etc.) en una solución de cloruro de potasio (KCl). Si el equipo está encendido, se requiere un período de calentamiento de 5 a 60 minutos para polarizar los electrodos antes de la calibración o medición.
Los electrodos están polarizados por un voltaje constante desde el cátodo al ánodo (necesita entre 0,4 V y 1,2 V para reducir el oxígeno). Cuando los electrones se mueven en dirección opuesta a la corriente, el ánodo se polariza positivamente y el cátodo se polariza negativamente.
Esta polarización ocurre cuando los electrones se mueven del ánodo al cátodo a través del circuito interno del cable. A medida que el oxígeno se difunde a través de la membrana, las moléculas del cátodo disminuyen y la señal eléctrica aumenta.
El potencial de polarización permanece constante mientras el sensor detecta el cambio de corriente provocado por la reducción del oxígeno disuelto. A medida que pasa más oxígeno a través de la membrana y disminuye, aumenta la corriente medida por el sensor de oxígeno disuelto Polarograph. Se produce una corriente medible que se convierte en una señal adecuada utilizando un transmisor.
2. Sensores ópticos
Un sensor óptico de oxígeno disuelto mide la interacción del oxígeno con un tinte luminiscente particular. Cuando se exponen a la luz azul, estos tintes se excitan (los electrones adquieren energía) y emiten luz cuando los electrones vuelven a su estado de energía normal. En presencia de oxígeno disuelto, las moléculas de oxígeno interactúan con el tinte, limitando o alterando la longitud de onda devuelta.
El efecto medido es inversamente proporcional a la presión parcial de oxígeno. Algunos de estos sensores ópticos de OD se denominan sensores fluorescentes, pero el término es técnicamente incorrecto. Estos sensores emiten luz azul en lugar de luz ultravioleta y en realidad se conocen como sensores DO ópticos o luminiscentes.
El sensor óptico de oxígeno disuelto puede medir la intensidad o el tiempo de vida de la luminiscencia porque el oxígeno afecta a ambos.
El sensor óptico de OD consta de una membrana semipermeable, un elemento sensor, un diodo emisor de luz (LED) y un fotodetector. El elemento sensor contiene un sol-gel, xerogel o fluorocromo inmovilizado en otra matriz. Este tinte reacciona cuando se expone a la luz azul que emite el LED.
Algunos sensores emiten luz roja como referencia para garantizar la precisión. Esta luz roja no genera emisión de luz, sino que solo se refleja en el tinte y regresa. La intensidad y la duración de la luminiscencia del colorante, cuando se expone a la luz azul, depende de la cantidad de oxígeno disuelto en la muestra de agua. A medida que el oxígeno pasa a través de la membrana, interactúa con el tinte, lo que limita la intensidad y la vida útil de la luminiscencia.
El fotodetector mide la intensidad o el tiempo de vida de la luminiscencia devuelta y se utiliza para calcular la concentración de oxígeno disuelto. Un transmisor convierte esto en una señal adecuada comprensible para el sistema.
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