ما هي الطريقة المستخدمة لتحديد الأكسجين المذاب في الماء؟

تشمل معايير أساليب الاختبار في بلدنا ما يلي: "تحديد الأكسجين المذاب في الماء - الطريقة اليودية" (GB7489-1987)، و"تحديد الأكسجين المذاب في الماء - طريقة المسبار الكهروكيميائي" (HJ506-2009)، ومعيار ASTM الأمريكي (D888-05). الطريقتان الأوليان هما طريقتان معياريتان وطنيتان وصناعيتان في الصين، أما الأخيرة فهي طريقة معيارية معترف بها من قبل وكالة حماية البيئة الأمريكية.

مبدأ طريقة المعايرة اليودية لقياس الأكسجين المذاب: يُجرى تحديد نسبة الأكسجين المذاب في الماء عادةً باستخدام طريقة المعايرة اليودية. تُضاف كبريتات المنغنيز ومحلول يوديد البوتاسيوم القلوي إلى الماء لتكوين راسب هيدروكسيد المنغنيز. نظرًا لعدم استقرار هيدروكسيد المنغنيز، فإنه يتفاعل بسرعة مع الأكسجين المذاب في الماء مُكَوِّنًا كبريتات المنغنيز. بعد 15 دقيقة، تُضاف حمض الكبريتيك المركز، مما يؤدي إلى تفاعل الراسب البني مع يوديد البوتاسيوم المُضاف إلى المحلول، وكلما زاد ترسب اليود، زادت نسبة الأكسجين المذاب، وازداد لون المحلول قتامةً. تُؤخذ كمية محددة من عينة الماء المتفاعل باستخدام ماصة، ويُستخدم النشا كمؤشر، ثم تُعاير العينة بمحلول قياسي، ويُحسب محتوى الأكسجين المذاب فيها.

تتسم طريقة قياس اليود بخطوات معقدة، وهي غير مناسبة للقياس في الموقع، مما يؤدي إلى وقت كشف طويل نسبيًا. في المسطحات المائية التي تزدهر فيها الطحالب، تزيد عملية التمثيل الضوئي من كمية الأكسجين المنطلق، مما قد يتسبب في وصول الأكسجين في الماء إلى حالة فوق التشبع. في هذه الحالة، يصعب تحديد الأكسجين المذاب في الماء باستخدام طريقة اليود، وتكون نتائج القياس غير دقيقة بما فيه الكفاية.

مبدأ قياس الأكسجين المذاب باستخدام تقنية الاستقطاب الكهربائي: يتم تطبيق جهد ثابت بين القطبين، وتتدفق الإلكترونات من المهبط إلى المصعد، مما يولد تيار انتشار؛ عند درجة حرارة معينة، يتناسب تيار الانتشار طرديًا مع تركيز الأكسجين المذاب؛ يتم إنشاء علاقة كمية بين التيار وتركيز الأكسجين المذاب؛ يقوم الجهاز تلقائيًا بتحويل قراءة الأميتر إلى تركيز الأكسجين المذاب ويعرض قيمة الأكسجين المذاب على الشاشة.

تتميز طريقة قياس الاستقطاب الكهربائي لتحديد الأكسجين المذاب في الماء ببساطتها وسرعتها، كما أن سعر الجهاز منخفض نسبيًا، وهي طريقة معتمدة وفقًا للمعايير الوطنية. إلا أنه مع استهلاك الأكسجين، تتراكم الأوساخ على الغشاء والقطب الكهربائي، مما يُشكل تدرجًا في تركيز الأكسجين يُبطئ من سرعة التفاعل. وفي حال تلف الغشاء شبه النفاذ، يتلوث المحلول الإلكتروليتي بسهولة، مما قد يُسبب انحرافًا في جهد البطارية، وبالتالي يُظهر الجهاز تركيزًا خاطئًا للأكسجين المذاب في عينة الماء. لذا، من الضروري استبدال المحلول الإلكتروليتي والغشاء شبه النفاذ بانتظام.

مبدأ طريقة التألق لقياس الأكسجين المذاب: يُسلط ضوء أزرق مُعدَّل على مواد فلورية لإثارتها وإصدار ضوء أحمر. ونظرًا لتأثير إخماد جزيئات الأكسجين، يتناسب زمن وشدة الضوء الأحمر المُثير عكسيًا مع تركيز جزيئات الأكسجين. وباستخدام مصدر ضوء أحمر متزامن مع الضوء الأزرق كمرجع، يُقاس فرق الطور بين الضوء الأحمر المُثار والضوء المرجعي، وتُقارن قيم المعايرة الداخلية لحساب تركيز جزيئات الأكسجين. وبعد بعض المعالجة، يُستخرج الأكسجين المذاب.

تُعدّ طريقة قياس الأكسجين المذاب في الماء باستخدام تقنية قياس التألق الضوئي (LDO) خطوةً بسيطةً وسريعة. وبالمقارنة مع الطريقتين السابقتين، لا تتطلب هذه الطريقة معايرةً، وتتميز بسرعة الاستجابة، وثبات نتائج القياس، وعدم الحاجة إلى تدفق معين، وعدم وجود تداخل، كما أنها تقلل من الحاجة إلى التنظيف المتكرر، وتتطلب صيانةً بسيطة.