Sensores de oxígeno disuelto: Control de la calidad del agua

¿Qué es el oxígeno disuelto?

El agua líquida es una matriz suelta de moléculas de agua. Si el agua sin oxígeno entra en contacto con una fuente de oxígeno, como la atmósfera, el oxígeno se desplazará lentamente hacia los huecos de la matriz de moléculas de agua. Ese oxígeno se llama oxígeno disuelto (OD); es lo mismo que disolver sal de mesa en el agua. El oxígeno disuelto en el agua procede de la atmósfera y/o de organismos fotosintéticos (algas) presentes en el agua.

¿Por qué querría medir el oxígeno disuelto?

Al igual que los humanos, los peces y otros animales acuáticos deben respirar oxígeno para vivir, y están adaptados a respirar oxígeno disuelto en el agua en lugar del oxígeno de la atmósfera. Los peces de caza, como la trucha, necesitan niveles elevados de OD; los peces rudos, como la carpa, pueden existir con niveles más bajos de OD. Las muertes de peces suelen deberse a niveles bajos de OD, que a menudo se desencadenan, irónicamente, por la descomposición de las algas que habían estado aportando oxígeno al agua antes de la muerte.

La OD también influye en la química básica del agua. Las aguas muy oxigenadas favorecen la forma oxidada de las sustancias químicas; las aguas poco oxigenadas favorecen la forma reducida de las sustancias químicas. Por ejemplo, las aguas oxigenadas favorecen el azufre en forma de sulfato, SO4, mientras que las aguas desoxigenadas favorecen el azufre en forma de sulfuro de hidrógeno (H2S). El sulfato es una sustancia benigna, pero el sulfuro de hidrógeno es un veneno.

Los niveles de OD casi nulos suelen encontrarse en los sedimentos acumulados en el fondo de una masa de agua. Este reino químicamente reductor ayuda a fijar nutrientes y metales en el sedimento.

Los cambios en las tendencias del OD a largo plazo pueden indicar la necesidad de un estudio químico más detallado del agua y de sus fuentes de contaminación.

¿Cómo se mide el OD (Oxígeno Disuelto)?

Hay dos tipos de sensores utilizados habitualmente para medir el OD. La célula Clark tradicional consta de dos electrodos rodeados por una solución electrolítica a base de agua y cubiertos por una membrana permeable al oxígeno. Cuando el oxígeno atraviesa la membrana para disolverse en el electrolito, se consume en una reacción química que genera una pequeña corriente eléctrica entre los dos electrodos. Esa corriente es directamente proporcional a la cantidad de oxígeno en la muestra de agua. Este método se describe con más detalle en el método estándar 4500-O G. Eureka ya no ofrece este tipo de sensor.

El segundo tipo de sensor de OD es el sensor óptico de OD, como el HDO de Eureka, en el que se dirige una luz azul a un compuesto activo de oxígeno que se ha estabilizado en un polímero permeable al oxígeno. La luz azul provoca la fluorescencia del compuesto activo en oxígeno – es decir, absorbe energía en forma de luz azul y luego emite energía en forma de luz roja. La fluorescencia se apaga con el oxígeno, es decir, la emisión de luz roja se reduce si hay moléculas de oxígeno presentes que interfieran con el compuesto oxigenoactivo. Cuanto más oxígeno haya, menor será la cantidad de luz roja producida.

Cuando la superficie sensora polimérica se expone al agua, el oxígeno se difunde en la superficie sensora en función de la cantidad («presión parcial») de oxígeno en el agua. Así, la cantidad de luz roja recibida por el sensor es directamente relacionable con la cantidad de oxígeno en el agua. La señal de luz roja se calibra en las unidades de OD adecuadas.

Los sensores ópticos de OD se han convertido en la norma, y se prefieren a las Células Clark, porque tienen poca deriva de calibración sobre el terreno, no son sensibles al flujo (no necesitan circulador) y no requieren difíciles cambios de membrana que molestan a los usuarios de sensores Clark. El 1 de julio de 2007, la EPA aprobó el Método Internacional ASTM D888-05, Métodos de Prueba Estándar para el Oxígeno Disuelto en el Agua para medir el OD según 40 CFR 136, lo que hace que los sensores ópticos de OD sean aceptables para su uso por los organismos gubernamentales.

La cantidad de oxígeno disuelto en, por ejemplo, un lago o un río, depende de varias variables. Cuanto mayor es la presión barométrica, más oxígeno puede disolverse en el agua. Y cuanto mayor sea la temperatura del agua, menos oxígeno puede disolverse en ella.

Si el agua ha absorbido todo el oxígeno que puede para una combinación concreta de temperatura y presión barométrica, se dice que el agua está saturada de oxígeno. Si, por término medio, no entra ni sale oxígeno del agua, se dice que el oxígeno del agua está en equilibrio con el oxígeno de la atmósfera.

El oxígeno disuelto (OD) se suele indicar en dos unidades. La concentración de OD es el peso del oxígeno disuelto en el agua y se expresa en mg/l o ppm. El porcentaje de saturación de OD es la relación entre el oxígeno del agua y la cantidad máxima de oxígeno que puede disolverse en una muestra de agua en las mismas condiciones, y se expresa en % de saturación.

Los sensores Clark Cell más antiguos se calibraban tradicionalmente en aire saturado de agua, pero la calibración en agua saturada de aire está ganando cada vez más adeptos. Esto último se hace agitando medio litro de agua en un recipiente de un litro durante un minuto, y luego esperando un minuto a que las burbujas suban a la superficie y desaparezcan. El sensor de OD se sumerge en esa agua y se le da tiempo para que se estabilice. Conociendo la temperatura del agua y la presión barométrica, el instrumento puede calcular el nivel de OD en el agua porque sabe que el agua está saturada de oxígeno. El instrumento ajusta la lectura del sensor de OD en consecuencia.