รู้จัก Dissolved oxygen (DO) คือ และวิธีการตรวจวัด

ออกซิเจนละลายน้ำ (Dissolved oxygen เรียกย่อว่า DO) หมายถึงระดับของออกซิเจนที่ไม่เป็นสารประกอบอิสระในน้ำหรือของเหลวอื่นๆ เป็นตัวแปรสำคัญในการประเมินคุณภาพน้ำเนื่องจากมีอิทธิพลต่อสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ภายในแหล่งน้ำ ในศาสตร์วิทยา (การศึกษาทะเลสาบ) ออกซิเจนละลายน้ำเป็นปัจจัยสำคัญรองจากตัวน้ำเท่านั้นระดับออกซิเจนละลายน้ำที่สูงหรือต่ำเกินไปอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและส่งผลต่อคุณภาพน้ำ

ออกซิเจนที่ไม่เป็นสารประกอบหรือออกซิเจนอิสระ (O2) คือออกซิเจนที่ไม่ผูกมัดกับองค์ประกอบอื่นใด ออกซิเจนที่ละลายในน้ำคือการมีอยู่ของโมเลกุล O2 อิสระเหล่านี้ในน้ำ โมเลกุลออกซิเจนที่ถูกพันธะในน้ำ (H2O) อยู่ในสารประกอบและไม่นับรวมกับระดับออกซิเจนที่ละลายในน้ำ เราสามารถจินตนาการได้ว่าโมเลกุลของออกซิเจนอิสระจะละลายในน้ำได้คล้ายๆ กับเกลือหรือน้ำตาลที่ใส่ลงในน้ำแล้วทำการกวนจนละลายทั้งหมด

ปัจจัยที่ส่งผลต่อออกซิเจนที่ละลายในน้ำ Dissolved oxygen (DO)

อุณหภูมิ

อุณหภูมิเป็นหนึ่งในปัจจัยที่ใหญ่ที่สุดที่ส่งผลโดยตรงต่อออกซิเจนที่ละลายในน้ำ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความเข้มข้นของ DO ก็จะยิ่งต่ำลงและในทางกลับกันเมื่ออุณหภูมิลดลง การเคลื่อนที่ของอนุภาคจะลดลง และความเข้มข้นของ DO จะเพิ่มขึ้น

ความดันบรรยากาศ

ในสถานที่ที่มีระดับความสูงกว่าระดับน้ำทะเลเช่นบนภูเขาอากาศจะบางลงออกซิเจนในน้ำก็จะลดลงด้วย เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น แต่เมื่อระดับความสูงลดค่าออกซิเจนในน้ำ DO จะเพิ่มขึ้นด้วย

ความเค็ม

ความเค็มยังส่งผลต่อปริมาณ DO ในสารละลายอีกด้วย สิ่งนี้กลับไปสู่วิชาเคมีว่าโมเลกุลบางตัวสามารถบรรจุประจุชนิดต่างๆ เมื่อความเค็มเพิ่มขึ้นออกซิเจนในน้ำ DO จะลดลงด้วย

วิธีการวัดระดับออกซิเจนละลายน้ำ

ระดับออกซิเจนละลายน้ำสามารถวัดได้โดยวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีพื้นฐาน (วิธีการไทเทรต) วิธีวิเคราะห์เคมีไฟฟ้า (วิธีอิเล็กโทรดไดอะแฟรม) และวิธีการวิเคราะห์เคมีด้วยแสง โดยวิธีอิเล็กโทรดไดอะแฟรมเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดเนื่องจากมีค่าใช้จ่ายต่ำสุดและให้ความแม่นยำในระดับที่ยอมรับได้

  • วิธีการไทเทรตแบบ Winkler’s (Titration Method)
  • วิธีไดอะแฟรมอิเล็กโทรด (วิธีไฟฟ้าเคมี)
  • วิธีการเรืองแสง (Optical Dissolved Oxygen)

วิธีการไทเทรตแบบ Winkler’s

การไทเทรตเป็นที่ที่คุณใช้สารหนึ่งชนิดที่คุณทราบความเข้มข้นของ (ไทแทรนต์) เพื่อกำหนดความเข้มข้นของสารอื่น (ตัวอย่างของคุณ)

วิธีการไทเทรต Winkler ซึ่งพัฒนาโดยนักเคมีวิเคราะห์ชาวฮังการี Lajos Winkler ในปี 1888 เป็นวิธีการวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำได้อย่างแม่นยำสูง

การทดสอบ Winkler ใช้การไทเทรตเพื่อกำหนดความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในน้ำในตัวอย่างน้ำ ออกซิเจนละลายน้ำ (D.O.) ใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาคุณภาพน้ำ

ตัวอย่างเครื่องวัดการไทเทรตแบบ Winkler’s

วิธีไดอะแฟรมอิเล็กโทรด (วิธีไฟฟ้าเคมี)

วิธีการนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดระดับออกซิเจนละลายน้ำ วิธีนี้ใช้อิเล็กโทรดเพื่อตรวจจับปริมาณออกซิเจนเมื่อผ่านไดอะแฟรมที่ออกซิเจนซึมผ่านง มีสองวิธีในการตรวจจับระดับออกซิเจนละลายน้ำโดยใช้อิเล็กโทรด: วิธีหนึ่งคือวิธีอิเล็กโทรดไฟฟ้า (Galvanic) และอีกวิธีหนึ่งคือวิธีโพลาโรกราฟี (Polarographic)

อิเล็กโทรดกัลวานิกซ์ (Galvanic)

โพลาโรกราฟี (Polarographic)

วิธีการเรืองแสง (Optical Dissolved Oxygen)

การวัดออกซิเจนละลายน้ำแบบออปติคัลยังคงใช้โพรบเพื่อวัดออกซิเจนที่ละลายในน้ำ แต่แทนที่จะตรวจสอบปฏิกิริยาเคมี โพรบและมิเตอร์จะตรวจสอบการเรืองแสง พูดง่ายๆ คือ มีแสงสีน้ำเงินที่โพรบปล่อยออกมา และแสงสีน้ำเงินจะกระตุ้นวัสดุที่ไวต่อแสงในฝาครอบโพรบ เมื่อวัสดุสงบลง จะปล่อยแสงสีแดง และวัดเมื่อกระทบกับเซ็นเซอร์วัดแสง

หมายเหตุ

หลักการวัดทั้ง 3 วิธีมีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันไป ดังนั้นการเลือกเครื่องวัดและวิธีการให้เหมาะกับตนเอง วิธีการไทเทรตแบบ Winkler’s เป็นวิธีการทางเคมีต้องใช้สารเคมี ผู้ใช้ต้องมีความรู้ในเบื้องต้น และวิธีไฟฟ้าเคมีต้องมีการดูแลรักษาหัววัดโดยสม่ำเสมอ และวิธีการแบบออปติคัลเครื่องวัดมีราคาสูง