Đo oxy hòa tan - tầm quan trọng, tác nhân ảnh hưởng và cách xác định oxy hòa tan

14 thg 4, 2020

Bài viết

Bạn có biết tại sao nước uống của bạn trở nên nhạt sau khi bạn để yên trong vài giờ không? Hoặc tại sao nước cam của bạn thay đổi màu sắc và sẫm lại một chút khi chai để mở trong một lúc lâu? Một trong những tác nhân chính đằng sau những thay đổi này là lượng oxy trong đồ uống của bạn.

Bài viết này chia sẻ một số thông tin về ảnh hưởng (cả tích cực và tiêu cực) của oxy hòa tan trong chất lỏng, các thông số nào ảnh hưởng đến hàm lượng oxy hòa tan (DO), cũng như cách đánh giá chính xác nồng độ DO.

Tại sao nồng độ oxy hòa tan lại quan trọng?
Điều gì ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan?
Làm thế nào chúng ta có thể đánh giá nồng độ DO?

1. Tại sao nồng độ oxy hòa tan lại quan trọng?

Bên cạnh pH và độ dẫn điện, oxy hòa tan là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước quan trọng nhất. Oxy hòa tan trong nước bề mặt liên quan đến áp suất của nó (định luật Henry), nhưng cũng do quá trình sục khí (ví dụ, gió, thác ghềnh). Ngoài ra, oxy được đưa vào nước như sản phẩm phụ của quá trình quang hợp của thực vật và thực vật phù du. Oxy hòa tan cần thiết cho sự tồn tại của cá và bất kỳ sinh vật thủy sinh nào khác hít thở oxy.

Hàm lượng DO có thể bị giảm khi có quá nhiều vi khuẩn hoặc tảo làm ô nhiễm nước. Vi khuẩn ăn tảo chết và các chất hữu cơ khác sẽ tiêu thụ oxy và tạo ra carbon dioxide. Nếu tất cả DO được tiêu thụ bởi vi khuẩn thì được gọi là hiện tượng phú dưỡng. Khi hàm lượng DO trong nước giảm xuống dưới 5 mg/L, thủy sinh vật sẽ gặp nguy hiểm và nếu nồng độ thấp hơn nữa thì một lượng lớn sinh vật thủy sinh có thể chết. Oxy hòa tan có thể được đánh giá trực tiếp tại chỗ trong mẫu nước bề mặt bằng kỹ thuật đo trực tiếp.

Tìm hiểu thêm về phép đo oxy hòa tan trong nước bề mặt bằng cách tải xuống bản ghi chú ứng dụng miễn phí của chúng tôi:

Ghi chú ứng dụng: DO trong nước bề mặt theo ISO 17289

Quay lại ví dụ về nước uống hoặc nước cam của bạn:

Nước chỉ có vị ngon đối với chúng ta khi có một lượng oxy hòa tan nhất định trong đó. Khi ly nước hoặc chai nước của bạn đặt xung quanh, DO được giải phóng vì nó cân bằng với khí quyển và sẽ giải phóng nhiều oxy hơn khi nó nóng lên theo nhiệt độ môi trường xung quanh. Đây là lý do tại sao hương vị của nước của bạn biến đổi theo thời gian.

Nếu bạn muốn có một cái nhìn tổng quan về cách xác định lượng oxy hòa tan trong nguồn nước của bạn, hãy tải xuống bản ghi chứ ứng dụng miễn phí của chúng tôi:

Ghi chú ứng dụng: DO trong nước máy theo ISO 17289

Nước cam (và các loại nước trái cây và rau khác) thì khác biệt vì chúng hầu như không chứa DO. Lý do là vì oxy như một chất oxy hóa và có ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng tổng thể, mùi vị, giá trị dinh dưỡng và màu sắc của đồ uống. Bạn để nước cam tiếp xúc với không khí càng lâu, thì lượng oxy sẽ hòa tan vào nước ép của bạn càng nhiều theo một thời điểm nhất định. Hơn nữa, DO này sẽ bắt đầu phản ứng với các thành phần khác của nước trái cây của bạn. Ví dụ, DO sẽ oxy hóa bất kỳ lượng Vitamin C nào hiện có (axit ascorbic, một chất chống oxy hóa) thành axit dehydroascorbic. Để ngăn chặn quá trình chuyển sang màu nâu nhanh chóng cũng như hương vị và chất lượng của nước trái cây của bạn, hãy giữ nó trong một chai đậy kín.

Bạn có muốn biết thêm về cách xác định oxy hòa tan trong nước trái cây? Tải xuống bản ghi chú ứng dụng miễn phí của chúng tôi:

Ghi chú ứng dụng: Đo DO trong nước trái cây

2. Điều gì ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan?

2.1. Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến nồng độ DO. Nhiệt độ càng cao, lượng oxy hòa tan trong pha lỏng càng ít. Tại sao? Tôi sẽ giải thích cho bạn một cách trực quan hơn:

Khi nhiệt độ của dung dịch tăng lên, các ion và phân tử trong đó chuyển động và dao động do năng lượng tăng lên. Điều này dẫn đến ngày càng có nhiều va chạm giữa các hạt và vì vậy một số liên kết giữa chúng với nhau bị phá vỡ. Khi nhiều hạt dao động hơn, nhiều va chạm xảy ra hơn và thậm chí nhiều liên kết bị phá vỡ hơn. Điều đó cũng có nghĩa là các liên kết giữ các phân tử oxy trong chất lỏng bị phá vỡ và oxy sẽ được giải phóng khỏi dung dịch dẫn đến giảm hàm lượng DO. Điều ngược lại xảy ra nếu nhiệt độ giảm: chuyển động của hạt giảm, và do đó nồng độ DO tăng.

2.2. Áp suất

Theo nội dung bài viết này, «áp suất» đề cập đến áp suất khí quyển. Nếu bạn ở trên đỉnh núi hoặc bên trong một chiếc máy bay đang bay ở độ cao và uống nước trong chai ở trên đó. Khi bạn trở lại mặt đất (hoặc ở chân núi) và kiểm tra lại chai, có thể bạn nhận thấy rằng nó bị nén lại 1 ít hoặc có tiếng ồn khi bạn mở chai nước. Điều này là do sự khác biệt về áp suất khí quyển và tỷ lệ nghịch với độ cao.

Khi áp suất khí quyển giảm, áp suất riêng phần của oxy cũng giảm theo. Do đó ở độ cao lớn hơn, lượng oxy hòa tan trong chất lỏng ít hơn do áp suất không giữ nó ở đó. Khí oxy khuếch tán ra khỏi chất lỏng khi chúng ta lên cao hơn. Khi chúng ta đi xuống độ cao thấp hơn, nồng độ DO tăng lên khi áp suất khí quyển tăng lên.

2.3. Độ mặn

Độ mặn cũng đóng vai trò quan trọng xác định lượng oxy hòa tan có trong chất lỏng.

Một lần nữa hãy xem xét các ion và phân tử có trong dung dịch. Khi chúng ta hòa tan muối trong nước, các ion tích điện này sẽ bị hút vào các phân tử nước rất nhiều. Oxy hòa tan không có điện tích và do đó không bị hút bởi bất cứ thứ gì. Hàm lượng muối càng cao thì càng có nhiều ion. Mật độ muối gia tăng buộc oxy rời khỏi dung dịch vì tương tác của nó với nước không quá mạnh.

3. Làm thế nào chúng ta có thể đánh giá nồng độ DO?

Có hai cách để xác định hàm lượng oxy hòa tan trong chất lỏng đó là: bằng cách đo trực tiếp hoặc bằng phương pháp chuẩn độ. Chúng tôi đã tóm tắt những ưu và nhược điểm của từng phương pháp trong whitepaper miễn phí mà bạn có thể tải xuống bên dưới.

Xác định oxy hòa tan trong nước - Chuẩn độ hay đo trực tiếp?

Tuy nhiên, tôi sẽ chỉ đề cập đến phép đo trực tiếp bằng cảm biến quang học ở đây. Tại sao? Bởi vì bạn có thể đo lường hàm lượng DO trực tuyến hoặc tại chỗ mà không cần thực hiện việc lấy mẫu và chuẩn bị mẫu tẻ nhạt và thiết bị của bạn gần như không cần bảo trì - bạn sẽ ngạc nhiên về cách sử dụng dễ dàng!

O₂-Lumitrode, cảm biến quang học để đo DO của Metrohm là loại cảm biến nhanh nhất trên thị trường. Nó đo hàm lượng DO trong chất lỏng trong vòng chưa đầy 30 giây! Nguyên lý làm việc dựa trên sự dập tắt phát quang.

Hãy để tôi giải thích cách hoạt động: nắp cảm biến chứa một màng với chất phát quang được đính vào và chất này bị kích thích bởi ánh sáng đỏ. Khi không có oxy, chất phát quang trở lại trạng thái cơ bản của nó thông qua sự phát xạ quang.

Nếu có mặt oxy và các phân tử này va chạm với chất phát quang đã bị kích thích, chất phát quang trở về trạng thái cơ bản không phát xạ vì năng lượng được chuyển cho phân tử oxy. Bằng cách đánh giá thời gian tồn tại trạng thái kích thích của chất phát quang (bằng cách sử dụng sự dịch chuyển pha) có thể xác định được hàm lượng DO.

O₂-Lumitrode không cần bảo trì nhiều – việc hiệu chuẩn 1 điểm thường xuyên với độ bão hòa không khí 100% là đủ. Đôi khi, chúng tôi khuyên bạn nên thực hiện hiệu chuẩn hai điểm với độ bão hòa không khí 100% và 0%.

Thiết bị 913 pH/DO Meter hoặc 914 pH/DO/Conductometer của chúng tôi có thể được trang bị điện cực O₂-Lumitrode. Cả hai đều là thiết bị kết hợp, có nghĩa là bạn có thể đo thêm pH và/hoặc độ dẫn điện cùng với oxy hòa tan.

Như đã nêu trước đó, nhiệt độ, áp suất và độ mặn có ảnh hưởng đến hàm lượng oxy hòa tan trong chất lỏng. Do đó, O2-Lumitrode được trang bị cảm biến nhiệt độ và cảm biến áp suất để có thể tự động bù trừ nhiệt độ và áp suất để có kết quả đáng tin cậy nhất. Nếu bạn đang đo DO trong dung dịch có độ mặn hoặc trong nước biển, bạn có thể đo độ dẫn điện song song với DO và bật chế độ bù trừ độ mặn tự động.

Cần phải thay nắp O₂ theo thời gian, vì chất phát quang trở nên kém phản ứng hơn. Hiệu ứng này được gọi là tẩy quang. Tuy nhiên, cảm biến sẽ cho bạn biết khi nào thay thế do tính năng giám sát hoạt động liên tục của nó. Không bao giờ phải lo lắng về các phép đo DO không chính xác vì thiết bị đo chất lượng kém.

Tóm lại, tùy thuộc vào ứng dụng và nền mẫu, có thể tìm thấy nhiều khoảng hàm lượng oxy hòa tan. Việc xác định hàm lượng DO nhanh chóng và chính xác là vô cùng quan trọng. Sử dụng cảm biến quang học với thiết bị di động giúp bạn dễ dàng đánh giá hàm lượng DO tại chỗ. Để có dữ liệu đáng tin cậy nhất, hãy đo song song thêm cả nhiệt độ và áp suất (và cuối cùng là độ mặn) để giảm thiểu ảnh hưởng của các thông số vật lý này đến kết quả của bạn.