hapniku kontsentratsiooni mõõtmine
Hapniku olulise rolli tõttu veeökosüsteemides, on pööratud palju tähelepanu ka selle gaasi võimalikult kiirele ja täpsele mõõtmisele vees. Hapniku sisaldust määratakse loodusvetes peamiselt kahel meetodil – keemiliselt või hapnikuandureid kasutades.
Hapniku määramine keemilisel ehk Winkleri meetodil sai alguse juba 19.saj lõpus ning kaasajastatud kujul on see kasutusel veel tänapäeval.
Selle meetodi järgi töödeldakse kindla ruumalaga uuritavat lahust MnSO4 ja aluselise KI lahusega. Mn2+ ioonide üleminekul Mn4+ tekib pruunikas sade:
Hapniku määramine keemilisel ehk Winkleri meetodil sai alguse juba 19.saj lõpus ning kaasajastatud kujul on see kasutusel veel tänapäeval.
Selle meetodi järgi töödeldakse kindla ruumalaga uuritavat lahust MnSO4 ja aluselise KI lahusega. Mn2+ ioonide üleminekul Mn4+ tekib pruunikas sade:
Sadet töödeldakse väävelhappega, mille tulemusena moodustub Mn(SO4)2, mis omakorda muudab lahuses olevad jodiidid joodiks:
Lahusele lisatakse pisut tärkliselahust (tekib sinine värvus) ja tiitritakse naatriumtiosulfaadiga kuni sinise värvuse kadumiseni:
Vees leiduva hapniku koguse saame leida järgneva suhte alusel:
Winkleri meetod on väga täpne ning seetõttu sobilik hapnikuandurite kalibreerimiseks. Välitingimustes saab seda kasutada juhul, kui pole ohtu, et rõhu- ja temperatuurimuutuste tõttu vabaneb hapnik mullidena (näiteks sügavad ja kihistunud järved) ning pole enam mõõdetav. Lisaks on meetod tundlik nitraatide, orgaanilise aine ja rauaühendite suhtes, mis muudab loodusvete analüüsimise keerukaks. Kuidas Winkleri meetod praktikas välja näeb, võite vaadata alljärgnevalt videolt (inglise keeles).
Joonis 6 YSI hapnikusensor koos andmesalvestiga.
Winkleri meetodi puudusi pole aga erinevatel hapnikuanduritel, mida pruugitakse hapnikumõõtjates ehk oksümeetrites (joonis 6). Enamus hapnikumõõtureid võimaldab mõõta nii vees lahustunud hapniku hulka kui ka suudavad tänu temperatuuriandurile arvutada suhtelise küllastusastme. Sõltuvalt ehitusest ja mõõtmisviisist jaotatakse hapnikuandurid kahte rühma – elektrokeemilised ja optilised. Elektrokeemiline hapnikuandur koosneb kahest elektroodist (anood ja katood), mis on sukeldatud elektrolüüti (enamasti küllastatud KCl) ning eraldatud uuritavast keskkonnast õhukese hapnikku läbilaskva membraani abil (joonis 7).
Vees leiduvad hapnikumolekulid tungivad läbi membraani proportsionaalselt kontsentratsioonigradiendile. Katoodi pinnal toimub hapniku redutseerumine hüdroksiidioonideks ning tekkiv elektriline signaal liigub katoodilt anoodile ja sealt edasi hapnikumõõtjasse. Kuna hapnik redutseeritakse (tarbitakse) katoodil kiiresti, siis on anduri siseruumis hapniku osarõhk võrdne nulliga ja läbi membraani difundeeruva hapniku hulk proportsionaalne väliskeskkonnas lahustunud hapniku osarõhuga. Optilise hapnikuanduri töö põhineb hapniku sisalduse määramisel luminestsentsi mõõtmise teel. Andur koosneb tajurist, millele on kantud hapnikutundlik aine; valgusallikast, mis ergastab hapnikutundlikku ainet; luminestsentsi tajurist (fotodiood) ja väljundvoolu võimendist (joonis 8).
Hapnikutundlikud molekulid ergastatakse sinise valgusega, mille tulemusena hakkavad molekulid punaselt luminestseeruma. Tekkinud valgus suunatakse luminestsentsi tajurist, kus registreeritakse selle intensiivsus. Kuna hapnik kustutab anduri hapnikutundlikus aines luminestsentsi, siis on lahustunud hapniku sisaldust võimalik määrata nii luminestsentsi intensiivsuse kui ka selle eluea alusel. Mõõtetulemuste täpsuse suurendamiseks kasutatakse anduris veel täiendavat punast valgusallikat, mille tekitatud valgus peegeldub tagasi hapnikutundliku aine tajurist ning on samuti mõõdetav luminestsentsi tajuri poolt. Mõõtmistulemused on nn referentsväärtuseks eelpool mainitud luminestsentsi mõõtmistele.
Erinevate elektrokeemilisel meetodil kasutatavate sensorite tööpõhimõttest annavad süvendatud ülevaate alljärgnevad videoloengud.
Erinevate elektrokeemilisel meetodil kasutatavate sensorite tööpõhimõttest annavad süvendatud ülevaate alljärgnevad videoloengud.