รู้จักช่วงค่าที่เหมาะสม และวิธีในการวัดออกซิเจนในน้ำต่างๆ

การวัดออกซิเจนในน้ำ

โดยทั่วไปจะวัดออกซิเจนในน้ำเป็นความเข้มข้นเป็น mg/L (มิลลิกรัม/ลิตร) ซึ่งความเข้มข้นหมายถึงปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำทุกๆ ลิตร โดยสัตว์น้ำแต่ละสายพันธุ์จะมีความทนทานต่อปริมาณออกซิเจนที่ต้องการที่แตกต่างกันแม้ว่าปลาส่วนใหญ่ต้องการออกซิเจนในน้ำในระดับปานกลาง แต่บางชนิดก็ต้องการออกซิเจนในระดับที่สูงกว่าเพื่อดำรงชีวิตโดยมีรายละเอียดดังนี้

การวัดออกซิเจนในน้ำสามารถวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ได้ เปอร์เซ็นต์หมายถึงระดับความอิ่มตัวของออกซิเจนในน้ำ ปัจจัยสำคัญในการพิจารณาความอิ่มตัว ได้แก่ อุณหภูมิ ความดันบรรยากาศ ระดับความสูง และความเค็มในระดับที่น้อยกว่า อย่างเช่น ที่ระดับน้ำทะเล:

• ความอิ่มตัว 100% ที่ 25°C = 8.26 mg/L
• ความอิ่มตัว 100% ที่ 0°C = 14.6 mg/L

โดยหากสนใจการวัดค่าเป็นเปอร์เซ็นต์สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ ความอิ่มตัวของออกซิเจนน้ำ และ ออกซิเจนในน้ำควรมีกี่เปอร์เซ็นต์?

1. การวัดสี

Colorimeters หรือที่เรียกว่า filter photometers เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดออกซิเจนในน้ำผ่านความเข้มของสี โดยเมื่อใช้เครื่องมือเหล่านี้รีเอเจนต์เคมีจะถูกผสมเข้ากับตัวอย่าง หากมีพารามิเตอร์เป้าหมายสารละลายจะมีสีขึ้น และความเข้มของสารละลายจะเป็นสัดส่วนเดียวกับความเข้มข้นของพารามิเตอร์ที่กำลังทดสอบ

แสงจะถูกส่งผ่านหลอดทดลองที่มีสารละลายตัวอย่าง จากนั้นจึงผ่านฟิลเตอร์สีไปยังเครื่องตรวจจับแสง มีการเลือกฟิลเตอร์เพื่อเลือกแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ เมื่อสารละลายไม่มีสี แสงทั้งหมดจะส่องผ่านได้ สำหรับตัวอย่างที่มีสี แสงจะถูกดูดซับ และแสงที่ผ่านตัวอย่างจะลดลงตามสัดส่วน โดยมีวิธีการวัดสีที่แตกต่างกันสองวิธีในการกำหนด DO คือ Indigo Carmine และ Rhodazine D. Indigo

2. การไทเทรต Winkler

เป็นวิธีวัดออกซิเจนในน้ำที่รีเอเจนต์ยังใช้เมื่อกำหนดความเข้มข้นของ DO ผ่านการไทเทรต Winkler วิธีนี้รีเอเจนต์จะก่อตัวเป็นสารประกอบกรดที่ถูกไทเทรตด้วยสารประกอบที่ทำให้เป็นกลาง นอกจากนี้ผลลัพธ์ของการเปลี่ยนสีและความเข้มข้นของ DO จะถูกกำหนดโดยการสังเกตจุดที่เกิดการเปลี่ยนสีเช่นเดียวกับวิธีการวัดสี

ขั้นตอนการปฏิบัติงานมาตรฐาน (SOP) จำนวนมากยังคงเรียกร้องให้มีการไทเทรต Winkler โดยเฉพาะอย่างยิ่งในห้องปฏิบัติการบำบัดน้ำเสียที่กำหนดความต้องการออกซิเจนทางชีวภาพ (BOD)

3. เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี

เป็นวิธีวัดออกซิเจนในน้ำเคมีที่จะต่างจากวิธีไทเทรต Winkler และวิธี Colorimeters โดยเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีหรือที่เรียกว่าเซ็นเซอร์ DO ที่หุ้มด้วยเมมเบรนนั้นไม่จำเป็นต้องใช้รีเอเจนต์ เซ็นเซอร์เหล่านี้ให้การตรวจวัดที่รวดเร็วและมีช่วงกว้าง แต่น้ำจะต้องเคลื่อนที่ผ่านเมมเบรนอย่างต่อเนื่องเนื่องจากออกซิเจนถูกใช้ไปในระหว่างการตรวจวัด

เซนเซอร์ไฟฟ้าเคมีมีสองประเภท ได้แก่ โพลาโรกราฟิก และกัลวานิก ในปี 1956 ดร. ลีแลนด์ คลาร์กได้ประดิษฐ์อิเล็กโทรดโพลาโรกราฟิก ต่อมาอิเล็กโทรดกัลวานิกได้รับการพัฒนาในภายหลัง

• โพลาโรกราฟิก (Polarographic)

เซ็นเซอร์โพลาโรกราฟิกมีขั้วบวกสีเงินและขั้วลบสีทอง วัสดุเหล่านี้ต้องการให้โพรบอุ่นเครื่องหรือโพลาไรซ์ก่อนใช้งาน ซึ่งใช้เวลาประมาณ 10 นาที เซ็นเซอร์โพลาโรกราฟิกมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเซ็นเซอร์แบบกัลวานิกเนื่องจากไม่ได้เปิดตลอดเวลา (ไม่ได้โพลาไรซ์ต่อเนื่อง)

• กัลวานิค (Galvanic)

เซ็นเซอร์กัลวานิกมีขั้วบวกสังกะสีและแคโทดเงิน วัสดุเหล่านี้ช่วยให้เซนเซอร์สามารถโพลาไรซ์ได้อย่างต่อเนื่องแม้ในขณะที่มิเตอร์ปิดอยู่ จึงไม่ต้องใช้เวลาอุ่นเครื่อง มีข้อเสียเปรียบที่ต้องเปิดตลอดเวลา เซ็นเซอร์เหล่านี้มีอายุการใช้งานสั้นกว่าเซ็นเซอร์โพลาโรกราฟิก

4. เซ็นเซอร์แสง

เซ็นเซอร์แบบออปติคอลและไฟฟ้าเคมีมีความคล้ายคลึงกันบางประการ โดยอย่างแรกเซ็นเซอร์จะวัดความดันของออกซิเจนที่ละลายในตัวอย่าง การอ่านค่า ‘ดิบ’ จะแสดงเป็น % ของ DO ซึ่งตัวแปรเดียวที่ส่งผลต่อ % ของ DO คือความดันอากาศ ยิ่งความดันอากาศสูง ออกซิเจนก็จะยิ่งถูกผลักลงไปในน้ำมากขึ้นเท่านั้น สิ่งสำคัญต้องทราบว่า DO หน่วย mg/Lนั้นถูกคำนวณจาก % ของ DO อุณหภูมิ และความเค็ม โดยไม่จำเป็นต้องมีรีเอเจนต์เมื่อใช้เซ็นเซอร์ออปติคอล เซนเซอร์ยังวางอยู่ในตัวอย่างโดยตรงเมื่อทำการวัดอีกด้วย

เซ็นเซอร์แสงมีโครงสร้างหลักหลายประการของเซ็นเซอร์ DO แบบออปติคัล ฝาครอบเซ็นเซอร์ของเซ็นเซอร์ DO แบบออปติคอลมีชั้นการแพร่กระจาย ซึ่ง DO เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาต่างจากเซนเซอร์ไฟฟ้าเคมีตรงที่ออกซิเจนจะไม่ถูกใช้ในระหว่างการตรวจวัด ดังนั้นน้ำจึงไม่จำเป็นต้องไหลอย่างต่อเนื่องผ่านฝาครอบเซนเซอร์

นอกจากนี้ยังมีไฟ LED ที่แตกต่างกัน ซึ่งหนึ่งในนั้นทำให้ฝาครอบเซ็นเซอร์อีกชั้นหนึ่งเป็นชั้นสีย้อมเรืองแสง (เช่น แสงเรืองแสง) เมื่อออกซิเจนเคลื่อนที่ผ่านชั้นการแพร่กระจาย จะส่งผลต่อการเรืองแสงของชั้นสีย้อม ปริมาณออกซิเจนที่ไหลผ่านชั้นตรวจจับเป็นสัดส่วนผกผันกัน