溶存酸素センサー水質モニタリング

溶存酸素とは何か？

液体の水は、水分子の緩やかなマトリックスである。酸素を含まない水が大気などの酸素源と接触すると、酸素は水分子のマトリックスの隙間にゆっくりと移動する。その酸素は溶存酸素（DO）と呼ばれ、食卓塩が水に溶けるのと同じことである。水に溶けている酸素は、大気や水中の光合成生物（藻類）から供給される。

なぜ溶存酸素を測定したいのか？

人間と同じように、魚やその他の水生動物も生きていくためには酸素を吸わなければならず、大気中の酸素ではなく水中に溶けている酸素を吸うように適応している。マスなどの狩猟魚は高いDOレベルを必要とするが、コイなどの荒魚は低いDOレベルでも生息できる。魚の死はしばしば低DOレベルによって引き起こされるが、それは皮肉なことに、死ぬ前に水中に酸素を供給していた藻類の分解によって引き起こされることが多い。

DOはまた、基本的な水の化学的性質にも影響する。酸素濃度の高い水域では、化学物質が酸化された形が好まれ、酸素濃度の低い水域では、化学物質が還元された形が好まれる。例えば、酸素濃度の高い水は硫酸塩（SO4）の形の硫黄を好むが、酸素濃度の低い水は硫化水素（H2S）の形の硫黄を好む。硫酸塩は良性の物質だが、硫化水素は毒である。

ゼロに近いDOレベルは、しばしば水域の底に堆積した堆積物に見られる。この化学的に還元された領域は、栄養塩や金属を堆積物に固定するのに役立つ。

長期的なDOの傾向の変化は、水とその汚染源について、より詳細な化学的調査が必要であることを示している。

DO（溶存酸素）はどのように測定されるのか？

DOの測定には、一般的に2種類のセンサーが使用されている。伝統的なクラーク・セルは、水性電解質溶液で囲まれ、酸素透過性膜で覆われた2つの電極で構成されている。酸素が膜を通過して電解液に溶解すると、化学反応で消費され、2つの電極間に小さな電流が発生する。この電流は水試料中の酸素量に正比例する。この方法については、Standard Methods 4500-O Gに詳しく説明されています。

DOセンサーの第二のタイプは、Eureka社のHDOのような光学式DOセンサーで、酸素透過性ポリマーで安定化された酸素活性化合物に青色光が照射される。青色光によって酸素活性化合物が蛍光を発する。 すなわち、青色光の形でエネルギーを吸収し、赤色光としてエネルギーを放出する。つまり、酸素活性化合物を妨害する酸素分子が存在すると、赤色光の放出は減少する。酸素が多ければ多いほど、発生する赤色光の量は少なくなる。

ポリマー検出面が水にさらされると、水中の酸素の量（「分圧」）に応じて酸素が検出面に拡散する。したがって、センサーが受光する赤色光の量は、水中の酸素量に直接関係します。赤色光信号は適切なDO単位に校正されます。

光学式DOセンサーは、現場での校正ドリフトが少なく、流量に影響されず（サーキュレーターが不要）、クラークセンサーのユーザーを悩ませる難しい膜の交換が不要であるため、クラークセルよりも好まれ、標準となっています。2007年7月1日、EPAは40 CFR 136に基づくDO測定のためのASTM International Methods D888-05, Standard Test Methods for Dissolved Oxygen in Waterを承認し、光学式DOセンサーは政府機関で使用できるようになりました。

湖や川などに溶け込む酸素の量は、いくつかの変数に左右される。気圧が高ければ高いほど、水に溶ける酸素の量は多くなる。また、水温が高ければ高いほど、水に溶け込む酸素の量は少なくなる。

水温と気圧の特定の組み合わせに対して、水が吸収できる限りの酸素を吸収している場合、水は酸素で飽和していると言われる。平均して、酸素が水中にも水外にも移動していない場合、水中の酸素は大気中の酸素と平衡状態にあると言われる。

溶存酸素（DO）は一般に2つの単位で報告される。DO濃度とは、水中に溶けている酸素の重量で、mg/lまたはppmで報告される。DO飽和度は、同じ条件下で水試料に溶解できる酸素の最大量に対する水中の酸素の割合であり、飽和％で報告される。

旧式のクラークセルセンサーは従来、飽和空気で校正されていたが、空気飽和水での校正が支持されつつある。後者は、1リットルの容器に半リットルの水を入れて1分間振り、泡が水面に上がって消えるまで1分間待つ。DOセンサーはその水に浸され、安定するまでの時間が与えられる。水温と気圧がわかれば、その水が酸素で飽和していることがわかるので、測定器は水中のDOレベルを知ることができる。測定器はそれに応じてDOセンサーの読み取り値を設定します。