घुलित ऑक्सीजन सेंसर: जल गुणवत्ता निगरानी

घुलित ऑक्सीजन क्या है?

तरल जल जल अणुओं का एक ढीला मैट्रिक्स है। यदि ऑक्सीजन रहित जल ऑक्सीजन के स्रोत, जैसे कि वायुमंडल, के संपर्क में आता है, तो ऑक्सीजन धीरे-धीरे जल-अणु मैट्रिक्स में अंतराल में चली जाएगी। उस ऑक्सीजन को घुलित ऑक्सीजन (DO) कहा जाता है; यह पानी में टेबल नमक को घोलने जैसा ही है। पानी में घुली ऑक्सीजन वायुमंडल और/या पानी में प्रकाश संश्लेषक जीवों (शैवाल) से आती है।

मैं घुलित ऑक्सीजन को क्यों मापना चाहूंगा?

मनुष्यों की तरह, मछलियों और अन्य जलीय जानवरों को जीवित रहने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, और वे वायुमंडल में ऑक्सीजन के बजाय पानी में घुली ऑक्सीजन को सांस लेने के लिए अनुकूलित होते हैं। ट्राउट जैसी खेल मछलियों को उच्च DO स्तरों की आवश्यकता होती है; कार्प जैसी खुरदरी मछलियाँ कम DO स्तरों पर जीवित रह सकती हैं। मछलियों की मृत्यु अक्सर कम DO स्तरों के कारण होती है, जो अक्सर, विडंबना यह है कि शैवाल के अपघटन से शुरू होती है जो मृत्यु से पहले पानी में ऑक्सीजन जोड़ रहे थे।

डीओ बुनियादी जल रसायन विज्ञान को भी प्रभावित करता है। अत्यधिक ऑक्सीजन युक्त पानी रसायनों के ऑक्सीकृत रूप को पसंद करता है; कम ऑक्सीजन युक्त पानी रसायनों के कम रूप को पसंद करता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन युक्त पानी सल्फेट, SO4 के रूप में सल्फर को पसंद करता है, जबकि ऑक्सीजन रहित पानी हाइड्रोजन सल्फाइड (H2S) के रूप में सल्फर को पसंद करता है। सल्फेट एक सौम्य पदार्थ है, लेकिन हाइड्रोजन सल्फाइड एक ज़हर है।

जल निकाय के तल पर जमा तलछट में अक्सर शून्य के करीब DO स्तर पाए जाते हैं। यह रासायनिक रूप से कम करने वाला क्षेत्र पोषक तत्वों और धातुओं को तलछट में बंद करने में मदद करता है।

दीर्घकालिक डी.ओ. प्रवृत्तियों में परिवर्तन, जल और उसके संदूषण स्रोतों के अधिक विस्तृत रासायनिक अध्ययन की आवश्यकता का संकेत दे सकता है।

डीओ (घुलित ऑक्सीजन) कैसे मापा जाता है?

डीओ को मापने के लिए आमतौर पर दो प्रकार के सेंसर का उपयोग किया जाता है। पारंपरिक क्लार्क सेल में दो इलेक्ट्रोड होते हैं जो पानी आधारित इलेक्ट्रोलाइट घोल से घिरे होते हैं और ऑक्सीजन-पारगम्य झिल्ली से ढके होते हैं। जैसे ही ऑक्सीजन इलेक्ट्रोलाइट में घुलने के लिए झिल्ली को पार करती है, यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया में खपत होती है जो दो इलेक्ट्रोड के बीच एक छोटा विद्युत प्रवाह उत्पन्न करती है। वह धारा पानी के नमूने में ऑक्सीजन की मात्रा के सीधे आनुपातिक होती है। इस विधि को मानक विधियों 4500-ओ जी में आगे वर्णित किया गया है। यूरेका अब इस प्रकार का सेंसर प्रदान नहीं करता है।

डीओ सेंसर का दूसरा प्रकार ऑप्टिकल डीओ सेंसर है, जैसे यूरेका का एचडीओ, जिसमें एक नीली रोशनी को ऑक्सीजन-सक्रिय यौगिक की ओर निर्देशित किया जाता है जिसे ऑक्सीजन-पारगम्य बहुलक में स्थिर किया गया है। नीली रोशनी ऑक्सीजन-सक्रिय यौगिक को प्रतिदीप्तिमान बनाती है – यानी यह नीली रोशनी के रूप में ऊर्जा को अवशोषित करता है और फिर लाल रोशनी के रूप में ऊर्जा उत्सर्जित करता है। फ्लोरोसेंस को ऑक्सीजन द्वारा बुझाया जाता है – यानी, अगर ऑक्सीजन के अणु ऑक्सीजन-सक्रिय यौगिक में हस्तक्षेप करने के लिए मौजूद हैं तो लाल रोशनी का उत्सर्जन कम हो जाता है। जितनी ज़्यादा ऑक्सीजन मौजूद होगी, उतनी ही कम मात्रा में लाल रोशनी का उत्पादन होगा।

जब पॉलिमर सेंसिंग सतह पानी के संपर्क में आती है, तो पानी में ऑक्सीजन की मात्रा (“आंशिक दबाव”) के अनुसार ऑक्सीजन सेंसिंग सतह में फैल जाती है। इस प्रकार, सेंसर द्वारा प्राप्त लाल प्रकाश की मात्रा सीधे पानी में ऑक्सीजन की मात्रा से संबंधित होती है। लाल प्रकाश संकेत को उचित DO इकाइयों के लिए कैलिब्रेट किया जाता है।

ऑप्टिकल डीओ सेंसर मानक बन गए हैं, और क्लार्क सेल की तुलना में इन्हें प्राथमिकता दी जाती है, क्योंकि इनमें फील्ड में कैलिब्रेशन ड्रिफ्ट बहुत कम होता है, ये फ्लो-सेंसिटिव नहीं होते (किसी सर्कुलेटर की जरूरत नहीं होती), और इनमें मुश्किल मेम्ब्रेन बदलाव की जरूरत नहीं होती जो क्लार्क सेंसर उपयोगकर्ताओं को परेशान करते हैं। 1 जुलाई, 2007 को EPA ने ASTM इंटरनेशनल मेथड D888-05, 40 CFR 136 के तहत DO मापने के लिए पानी में घुली ऑक्सीजन के लिए मानक परीक्षण विधियों को मंजूरी दी, जिससे ऑप्टिकल डीओ सेंसर सरकारी एजेंसियों द्वारा उपयोग के लिए स्वीकार्य हो गए।

उदाहरण के लिए, किसी झील या नदी में घुली ऑक्सीजन की मात्रा कई चरों पर निर्भर करती है। बैरोमीटर का दबाव जितना ज़्यादा होगा, पानी में उतनी ज़्यादा ऑक्सीजन घुल सकती है। और पानी का तापमान जितना ज़्यादा होगा, पानी में उतनी ही कम ऑक्सीजन घुल सकती है।

यदि पानी ने तापमान और बैरोमीटर के दबाव के एक विशेष संयोजन के लिए जितना संभव हो सके उतनी ऑक्सीजन अवशोषित कर ली है, तो पानी को ऑक्सीजन से संतृप्त कहा जाता है। यदि औसतन, कोई ऑक्सीजन पानी में या पानी से बाहर नहीं जा रही है, तो पानी में ऑक्सीजन को वायुमंडल में ऑक्सीजन के साथ संतुलन में कहा जाता है।

घुली हुई ऑक्सीजन (DO) को आम तौर पर दो इकाइयों में रिपोर्ट किया जाता है। DO सांद्रता पानी में घुली ऑक्सीजन का वजन है और इसे mg/l या ppm में रिपोर्ट किया जाता है। DO प्रतिशत संतृप्ति पानी में ऑक्सीजन का अनुपात है जो समान परिस्थितियों में पानी के नमूने में घुलने वाली अधिकतम मात्रा है और इसे % संतृप्ति में रिपोर्ट किया जाता है।

पुराने क्लार्क सेल सेंसर को पारंपरिक रूप से पानी से संतृप्त हवा में कैलिब्रेट किया जाता था, लेकिन हवा से संतृप्त पानी में कैलिब्रेशन का चलन बढ़ रहा है। बाद वाला एक लीटर के कंटेनर में आधा लीटर पानी को एक मिनट तक हिलाकर किया जाता है, और फिर बुलबुले के सतह पर आने और गायब होने के लिए एक मिनट तक प्रतीक्षा की जाती है। डीओ सेंसर को उस पानी में डुबोया जाता है और स्थिर होने के लिए समय दिया जाता है। पानी के तापमान और बैरोमीटर के दबाव के ज्ञान के साथ, उपकरण पानी में डीओ स्तर का पता लगा सकता है क्योंकि यह जानता है कि पानी ऑक्सीजन से संतृप्त है। उपकरण डीओ सेंसर रीडिंग को तदनुसार सेट करता है।