Điện cực Oxy Hoà tan

Các loại công nghệ cảm biến oxy hoà tan sau đây có sẵn cho các ứng dụng trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường:

a. Điện cực oxy hoà tan quang học (InLab OptiOx)

b. Điện cực oxy hoà tan cực phổ (InLab 605)

c. Điện cực oxy hoà tan galvanic (LE621)

Điện cực DO quang học sử dụng một loại chất nhuộm đặc biệt được lồng vào lớp màng ở đầu cảm biến (như trong hình). Chất nhuộm này có thể được kích thích bằng cách hấp thụ ánh sáng xanh do cảm biến phát ra bên trong. Khi quay trở lại trạng thái căn bản, chất nhuộm được kích thích phát huỳnh quang bằng cách phát ra ánh sáng đỏ, được đo bằng một bộ tách sóng quang bên trong cảm biến. Khi có mặt trên bề mặt ngoài của lớp màng, các phân tử oxy có thể hấp thụ năng lượng dư thừa của chất nhuộm được kích thích. Qua đó, chúng làm giảm (dập tắt) lượng huỳnh quang phát đến bộ tách sóng quang. Càng có nhiều oxy trong mẫu thì càng dập tắt được nhiều huỳnh quang và tín hiệu đo được càng thấp. Cảm biến cũng chứa một nguồn sáng màu đỏ. Ánh sáng này không kích thích chất nhuộm và do đó không gây ra huỳnh quang mà chỉ bị phản xạ bởi chất nhuộm và được đo bằng bộ tách sóng quang. Ánh sáng đỏ được sử dụng làm tham chiếu để tính đến sự giảm ánh sáng được phát hiện không liên quan đến quá trình dập tắt oxy, ví dụ: sự phân rã của chất nhuộm hoặc độ nhạy phụ thuộc vào nhiệt độ của bộ tách sóng. Để biết thêm thông tin chi tiết, hãy tìm hiểu thêm trong video sau.
 

Điện cực có cực dương bằng bạc được bao bọc bởi cực âm bằng kim loại quý làm từ vàng hoặc bạch kim. Các điện cực này được phân cực bởi một điện áp không đổi do thiết bị cung cấp. Kết quả là cực dương nhận được điện tích dương và cực âm nhận được điện tích âm. KCl là chất điện ly và nằm trong một màng ngăn cách với mẫu. Khi oxy đi vào điện cực, các phân tử oxy bị khử ở cực âm để tạo thành ion hydroxit. Bởi vì điện thế cực phổ được giữ không đổi, phản ứng oxy sẽ làm tăng tín hiệu điện. Hiệu ứng này tỷ lệ thuận với áp suất một phần của oxy trong mẫu. Điện cực sử dụng một phản ứng hóa học trong đó cực dương bạc bị oxy hóa và tiêu thụ. Ngược lại, cực âm là kim loại quý và không tham gia phản ứng. Thay vào đó, cực âm cung cấp một bề mặt mà trên đó oxy bị khử bởi các electron được vận chuyển từ cực dương qua dây dẫn.

Bao gồm hai điện cực, cực dương thường được làm bằng kẽm hoặc chì, trong khi cực âm thường được làm bằng bạc hoặc một kim loại quý khác. Các điện cực được kết nối với nhau bằng dây dẫn, cho phép dòng điện chạy qua giữa chúng. Các thành phần này được bao bọc trong một trục, được đóng kín bởi một lớp màng có khả năng thẩm thấu oxy một cách chọn lọc (như thể hiện trong hình). Chất điện phân phải là chứa nước và có tính kiềm. Sự xâm nhập của oxy vào điện cực tạo ra phản ứng hóa học trong đó cực dương bị oxy hóa (giải phóng electron) và tiêu thụ.
Ngược lại, cực âm là kim loại quý và không tham gia phản ứng mà thực hiện chức năng làm bề mặt phản ứng khử oxy. Các electron được vận chuyển từ cực dương sang cực âm qua dây dẫn tạo ra dòng điện, dòng điện này có thể được đo bằng máy đo DO. Càng nhiều oxy đi vào hệ thống, thì dòng điện được tạo ra càng nhiều.
 

Tóm lại, cảm biến galvanic không cần thời gian khởi động và ổn định hơn ở mức oxy hoà tan thấp hơn so với đầu dò cực phổ. Ngược lại, cảm biến cực phổ có tuổi thọ lâu hơn. Để biết thêm thông tin về nguyên lý hoạt động của từng cảm biến, vui lòng tham khảo câu hỏi 3 và 4 ở trên.

a. Cảm biến điện hoá phải được kiểm tra để đảm bảo độ hoàn chỉnh của màng. Ngoài ra, phải đảm bảo rằng chất điện ly được bổ sung đúng cách khi nạp lại chất điện ly.
b. Khi sử dụng cảm biến cực phổ, cần đảm bảo độ phân cực thích hợp của cảm biến.
c. Cảm biến DO quang học trong phòng thí nghiệm không yêu cầu chuẩn bị trước khi sử dụng.

Đối với phép đo oxy tiêu chuẩn, hiệu chuẩn 1 điểm ở độ bão hoà oxy 100% (không khí bão hoà nước) là đủ cho nhiều ứng dụng. Đối với các phép đo nồng độ oxy thấp (dưới 10% hoặc 0,8 mg/L), nên có điểm hiệu chuẩn lần hai bằng cách sử dụng dung dịch chuẩn độ không có oxy (tương ứng với độ bão hoà oxy 0%). Vì mục đích này, viên nén oxy zero được hoà tan trong nước để loại bỏ tất cả lượng oxy hoà tan trong đó.

Đối với các cảm biến DO trong phòng thí nghiệm điện hoá, thao tác khuấy là cần thiết vì các cảm biến tiêu thụ oxy trong khi đo. Thao tác khuấy phải được giữ ở tốc độ không đổi. Ngược lại với cảm biến điện hóa, điện cực DO quang học không cần khuấy vì chúng không tiêu thụ oxy. Để giảm thời gian đo, đầu cảm biến phải được nhúng vào mẫu trước khi bắt đầu đo. Quy trình này sẽ cho phép nồng độ oxy và nhiệt độ cân bằng. Phải tránh bọt khí ở đầu cảm biến. Nếu không, nồng độ oxy của bọt khí cũng sẽ được đo, dẫn đến kết quả sai.  

• Mẹo bảo quản chung:
  Sau khi đo, nên làm sạch cảm biến với nước và lau bằng khăn giấy mềm. Đặc biệt khi đo mẫu sinh học, cần cẩn thận tránh sự phát triển của vi sinh vật. Để có hiệu suất tối ưu, cảm biến nên được bảo quản trong môi trường an toàn ở nhiệt độ từ 5 đến 45 °C; tránh thay đổi nhiệt độ đột ngột.
  
  
• Cảm biến DO galvanic cho các ứng dụng trong phòng thí nghiệm:
  Để bảo quản trong thời gian ngắn, cần rửa sạch bằng nước khử ion và đặt trong dung dịch bảo quản. Để bảo quản trong thời gian dài, cảm biến cũng nên được đoản mạch (để tránh hư hỏng do quá trình tự phân cực liên tục) và bảo quản ở nơi thoáng mát.
  
  
• Cảm biến DO phân cực cho các ứng dụng trong phòng thí nghiệm:
  Để bảo quản trong thời gian ngắn, hãy bỏ qua yêu cầu phân cực trong 6 giờ; bạn có thể để cảm biến kết nối với thiết bị. Để bảo quản trong thời gian dài, cảm biến nên được tách khỏi thiết bị vì sự phân cực liên tục sẽ làm giảm dần tuổi thọ. Với điều kiện cảm biến được đổ đầy chất điện ly bên trong và nắp bảo vệ được đặt trên màng, cảm biến có thể được bảo quản trong vài tháng. Tuy nhiên, nên thay chất điện ly khi sử dụng lại cảm biến sau hơn ba tháng bảo quản. Nếu dự định bảo quản hơn sáu tháng, bạn phải loại bỏ chất điện ly.
  
  
• Cảm biến DO quang học trong phòng thí nghiệm:
  Cảm biến quang học nên được bảo quản khô ráo. Nếu cảm biến có mô-đun màng có thể thay thế thì bạn nên đổi ngay màng này khi cảm biến có dấu hiệu giảm hiệu suất.

Hầu hết cảm biến đều được chứng nhận IP67, đảm bảo rằng toàn bộ hệ thống di động có thể chịu được môi trường ẩm ướt và khắc nghiệt.

Hầu hết các đầu dò DO trong phòng thí nghiệm của chúng tôi đều đi kèm với một đầu dò nhiệt độ tích hợp giúp đo đúng nhiệt độ của mẫu.

Chắc chắn là có. Nhờ được trang bị một trục PPS được gia cố bằng sợi thủy tinh và một màng đo được bảo vệ bằng lưới thép, cảm biến này là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng có yêu cầu khắt khe.

Nhu cầu oxy sinh học (BOD) thể hiện lượng oxy được vi khuẩn và các vi sinh vật khác tiêu thụ trong khi phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện ưa khí ở nhiệt độ xác định. BOD là một thông số quan trọng trong các nhà máy xử lý nước, biểu thị mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước. Để tìm hiểu thêm, bạn có thể tham khảo hướng dẫn của chúng tôi dành riêng cho chủ đề này: Nhu cầu Oxy Sinh hoá Từ Lý thuyết đến Thực hành. Với máy đo DO SevenExcellence, bạn có thể nhanh chóng thiết lập quy trình xác định BOD của riêng mình.

Có, InLab OptiOx được trang bị hoàn hảo để đo BOD. Bộ chuyển đổi BOD OptiOx đặc biệt giúp cảm biến hoàn toàn phù hợp với các phép đo trong tất cả các hộp BOD tiêu chuẩn.

Không, thiết kế chắc chắn của InLab OptiOx và các phụ kiện phù hợp khiến đây là cảm biến lý tưởng cho các ứng dụng khác nhau, cả trong phòng thí nghiệm và ngoài trời. Bộ phận bảo vệ OptiOx bằng thép (như hình bên dưới) cung cấp khả năng bảo vệ cảm biến trong môi trường khắc nghiệt. Cảm biến có trọng lượng nhẹ, nghĩa là có thể dễ dàng vươn đến các điểm đo thấp hơn.