Sensoren voor ruwe olie: Bewaking waterkwaliteit

Waarom zou ik ruwe olie willen meten?

“Ruwe aardolie” is een verzamelnaam voor onbewerkte, natuurlijke aardolie. Er zijn veel verschillende soorten ruwe olie en de chemische samenstelling van elke bron is iets anders. Niet alle ruwe olie in water is het resultaat van een door de mens veroorzaakte olielekkage; in veel wateren sijpelen kleine hoeveelheden olie weg. Eén bron schat dat er elk jaar 500.000 vaten olie in de Golf van Mexico sijpelen vanuit bijna 1.000 kwelpunten.

Grote concentraties ruwe olie kunnen gevaarlijk zijn voor verschillende aquatische levensvormen; vooral vogels kunnen verstrikt raken in zware olie. Vissen kunnen vaak gewoon wegzwemmen van het probleem. Vanwege de sterk variërende chemische samenstellingen is het moeilijk om de toxiciteit van lage concentraties ruwe olie voor kleinere levensvormen in te schatten. Eén studie vermeldt echter de acute toxiciteitsniveaus (96h LC50s) als:

• larven en eieren 0,1 tot 100 mg/l
• pelagische schaaldieren (bijv. garnalen) 100 tot 40.000 mg/l
• bentische schaaldieren (bijv. kreeften) 56 mg/l
• tweekleppigen (bijv. oesters) 100 tot 100.000 mg/l
• vis 88 tot 18.000 mg/l

Veranderingen in langetermijntrends voor ruwe olie kunnen wijzen op de noodzaak van meer gedetailleerd chemisch onderzoek van het water en de verontreinigingsbronnen.

Hoe wordt ruwe olie gemeten?

De ruwe-oliesensor is een fluormetrische sensor. Fluorescentie treedt op wanneer een molecuul lichtenergie absorbeert bij één golflengte en die energie vervolgens uitzendt bij een andere golflengte. Fluorometrische sensoren zenden licht uit op een bepaalde golflengte en zoeken daar een heel specifieke, andere golflengte voor terug. Het probleem bij het meten van ruwe olie is dat de fluorescentierespons een zeer breed bereik heeft, afhankelijk van de bron van de olie (zie onderstaande grafiek).

Vanwege het brede scala aan reacties is er geen exacte manier om een sensor voor ruwe olie te kalibreren. De beste kalibratiemethode is misschien het maken van een standaard met een bekende gravimetrische concentratie. De standaard moet het type olie bevatten dat in het veld wordt verwacht, in de concentratie die in het veld wordt verwacht.

Een ander probleem is dat ruwe olie “verweert”. Als je je een oliemonster voorstelt dat op het wateroppervlak drijft, is het eenvoudig te zien dat de lichtere fracties van de olie (zoals de BXT’s: benzeen, xyleen en tolueen) in de atmosfeer vervliegen (vandaar de geur van olievlekken). Dit betekent dat de beste kalibratiemethode bestaat uit het analyseren van verschillende veldmonsters op hun oliegehalte, met behulp van een laboratoriumanalysemethode die geschikt is voor het type monster. Als verschillende verdunningen van het veldmonster vervolgens worden geanalyseerd met de ruwe-oliesensor en de resultaten lineair zijn, is een enkele kalibratie van de sensor voldoende voor veldmetingen. Als de resultaten echter niet lineair zijn, kan een kalibratietabel worden opgesteld om de sensormetingen af te stemmen op de concentraties die in het veld kunnen voorkomen.

Wat moet ik weten over het meten van ruwe olie in het veld?

Vervuiling is het grootste probleem voor fluorescentiesensoren. Elk vreemd materiaal dat zich ophoopt op het actieve oppervlak van de sensor vermindert de hoeveelheid uitgezonden licht of ontvangen licht, of beide. En soms kan het vreemde materiaal een vals signaal geven door te fluoresceren op dezelfde golflengten als ruwe olie. Normaal gesproken zou aangroei alleen een probleem moeten zijn bij langdurige toepassingen, niet bij dagelijkse onderzoeken. De neiging van ruwe olie om een drijflaag te vormen betekent echter dat je voorzichtig moet zijn wanneer je de sensor in het water brengt, zodat de sensor niet bedekt wordt met olie.