Guide de mesure de l'oxygène dissous

Les raisons qui vous poussent à mesurer l'oxygène dissous (OD) dépendent véritablement de votre secteur d'activité. Par exemple, les raisons pour lesquelles un viticulteur teste l'oxygène dissous dans le vin et les raisons pour lesquelles un technicien de laboratoire contrôle régulièrement l'oxygène dissous dans un échantillon d'eau sont très différentes.

L'oxygène dissous est un paramètre essentiel dans la surveillance environnementale de la qualité de l'eau. C'est un excellent indicateur de la santé générale de l'écosystème. La mort et la décomposition d'un plus grand nombre d'organismes entraînent un pic de croissance bactérienne. Ce pic entraîne une augmentation de l'utilisation de l'oxygène et une diminution des niveaux globaux d'oxygène. Les chutes d'OD peuvent être suffisantes pour provoquer la formation de zones mortes où toutes les plantes et tous les animaux aquatiques meurent. La surveillance de l'OD en aquaculture est effectuée pour des raisons similaires.

Les mesures de l'OD en laboratoire peuvent être directes, mais elles peuvent également être utilisées pour contrôler la DBO (demande biologique en oxygène), l'OUR (Oxygen Uptake Rate) et le SOUR (Specific Oxygen Uptake Rate). La DBO est utilisée pour déterminer la matière organique biodégradable dans l'eau. Elle donne aux opérateurs une idée de la qualité générale de l'eau ainsi que du niveau de pollution de l'échantillon. L'OUR est un test plus rapide que la DBO qui peut être utilisé comme indicateur de l'activité biologique de l'échantillon. Il s'agit de contrôler la consommation d'oxygène dans l'eau. SOUR est la quantité d'oxygène nécessaire, en mg/L, aux microbes pour consommer un gramme de nourriture (déchets). Le SOUR est généralement contrôlé dans le cadre du traitement des boues.

La température

La température est l'un des principaux facteurs qui affectent directement l'oxygène dissous. La température elle-même est une mesure de l'énergie du mouvement au sein d'un système. Plus la température augmente, plus le mouvement des particules augmente. Lorsque la température augmente, les particules, les molécules, les atomes, etc. reçoivent de plus en plus d'énergie. Cette énergie les fait rebondir plus rapidement. En rebondissant davantage, ces particules entrent en collision les unes avec les autres et peuvent briser les liens qui les unissent. Les particules d'oxygène dissous peuvent alors voir les liaisons qui les maintiennent dans le liquide se briser et elles peuvent rebondir hors de la solution. Par conséquent, plus la température est élevée, plus la concentration en OD est faible. Inversement, lorsque la température diminue, le mouvement des particules diminue et, par conséquent, les concentrations d'OD augmentent.

La pression

La pression, lorsqu'on parle d'oxygène dissous, se réfère à la pression atmosphérique. Lorsque la pression atmosphérique diminue, la pression partielle de l'oxygène diminue également. À mesure que l'altitude augmente, la concentration d'oxygène diminue car il n'y a pas autant de pression qui maintient l'oxygène diffusé dans le liquide. Lorsque la pression atmosphérique augmente (c'est-à-dire lorsque l'on revient au niveau de la mer), la pression partielle de l'oxygène augmente également. Ainsi, lorsque l'altitude diminue, la concentration d'oxygène augmente.

La salinité

La salinité peut également affecter la quantité d'OD dans une solution. Cela nous ramène à la chimie, à la façon dont certaines molécules peuvent porter différents types de charges. La charge que porte une molécule de sel est très attirée par les molécules d'eau et a plus de chances d'être dissoute dans une solution. L'oxygène n'est pas aussi attiré par les molécules d'eau dans une solution en présence de sel. En effet, le sel chasse l'oxygène d'une solution car il n'y a pas assez de place. Plus la salinité augmente, plus l'OD diminue.

L'humidité

L'humidité ou la vapeur d'eau peut affecter la concentration d'OD et l'étalonnage de certaines technologies de mesure de l'OD. Lorsque le taux d'humidité augmente, la pression partielle de l'oxygène augmente et, par conséquent, le taux d'oxygène dissous augmente.

Nous pouvons mesurer l'oxygène dissous par iodométrie, colorimétrie, méthodes électroanalytiques et luminescence.

Iodométrie

L'iodométrie est une forme de titrage. Le titrage consiste à utiliser une substance dont on connaît la concentration (le réactif de titrage) pour déterminer la concentration d'une autre substance (l'échantillon). Un titrage iodométrique est une méthode de titrage dans laquelle l'apparition ou la disparition de l'iode est utilisée pour signaler la fin du titrage. Le titrage utilisé pour déterminer la concentration d'OD s'appelle la méthode de Winkler. Il s'agit d'une "mesure unique" de l'échantillon.

Colorimétrie

La colorimétrie est une mesure de la couleur. Nous utilisons des réactifs chimiques qui réagissent avec l'échantillon d'OD et forment une couleur particulière. L'intensité de la couleur est directement proportionnelle à la quantité d'OD dans votre échantillon. Les réactifs utilisés dans les tests colorimétriques sont similaires à une version modifiée de la méthode de Winkler. Cette méthode, tout comme l'iodométrie, fournit un instantané de ce qui se passe dans votre échantillon en ce qui concerne l'OD.

Méthodes électroanalytiques

Les méthodes électroanalytiques sont tout simplement des sondes d'oxygène dissous. Les deux types de sondes qui utilisent ce type de chimie sont appelées galvaniques et polarographiques, et elles fonctionnent sur la base de réactions d'oxydo-réduction (redox). L'une ou l'autre de ces sondes fournit des mesures en continu et en temps réel pour le contrôle de vos échantillons. Avant de parler des électrodes, passons brièvement en revue les réactions d'oxydoréduction.

Les réactions d'oxydoréduction, également connues sous le nom de réactions d'oxydation-réduction, se produisent lorsqu'il y a un échange d'électrons entre deux substances. L'oxydation et la réduction sont les deux moitiés d'une réaction globale ; l'une ne va pas sans l'autre. L'oxydant effectue une oxydation sur le réducteur, et le réducteur effectue une réduction sur l'oxydant.

Les sondes galvaniques sont des sondes à membrane qui se comportent comme une batterie. Les sondes ont deux parties qui produisent le comportement d'une batterie (production d'une tension). Dans le capuchon de l'électrode se trouve une membrane très fine. Cette membrane est importante car elle est perméable aux gaz et les laisse passer, mais elle empêche tout le reste de passer. Lorsque l'oxygène traverse la membrane, il se dissout dans l'électrolyte tamponné à l'intérieur du capuchon de la sonde. L'oxygène réagit alors à une partie de l'électrode appelée cathode et reçoit un électron. L'électron est fourni par une autre partie de l'électrode appelée anode. Cette réaction et l'échange d'électrons entraînent la création d'une tension entre la cathode et l'anode de la sonde. Une fois le courant formé, l'appareil de mesure auquel la sonde est reliée convertit la lecture en une unité de concentration d'OD.

Les sondes polarographiques fonctionnent un peu différemment des sondes galvaniques, tout en restant des sondes à membrane. Au lieu de se comporter spontanément comme une pile, une tension est appliquée entre la cathode et l'anode. Cette tension sert de catalyseur à la réaction de l'oxygène. Tout comme les sondes galvaniques, l'électrode possède une membrane qui laisse passer l'oxygène dans l'électrolyte non tamponné. Lorsque l'oxygène atteint la cathode, il gagne un électron. Il en résulte un courant qui permet de déterminer la concentration d'oxygène dissous. En raison de la tension appliquée, ces sondes nécessitent un temps de préchauffage avant utilisation.

Méthode optique

L'oxygène dissous optique utilise toujours une sonde pour mesurer l'oxygène dissous, mais au lieu de surveiller une réaction, la sonde et l'appareil de mesure surveillent la luminescence. Simplement, la sonde émet une lumière bleue qui excite le matériau sensible à la lumière dans le capuchon de la sonde. Lorsque le matériau se calme, il émet une lumière rouge qui est mesurée lorsqu'elle atteint un capteur de lumière. La présence d'oxygène dissous supprime la lumière rouge. L'intensité, la durée de vie de la lumière (décroissance) et la fréquence de la lumière rouge dépendent toutes de la concentration d'oxygène. Les sondes optiques d'oxygène dissous sont également capables de fournir une mesure continue de votre échantillon. Les sondes optiques d'oxygène dissous sont un peu plus affectées par l'humidité que les autres sondes.

Oxymètres portatifs

Les appareils de mesure portatifs permettent d'effectuer des tests en plusieurs endroits, tout en conservant un haut niveau de précision. Ces compteurs peuvent varier considérablement en termes de conception, de méthode de test et de fonction. Certains appareils de mesure portables sont conçus pour tester un seul paramètre, tandis que d'autres peuvent tester des échantillons pour plus d'un paramètre à la fois. Jetez un coup d'œil avant d'acheter, car certains appareils ont l'avantage d'être étanches.

Il existe une grande variété d'options qui vous permettent de trouver l'appareil idéal pour vos besoins en matière de tests. Ces appareils de mesure portables peuvent fonctionner avec la méthode colorimétrique, une sonde galvanique, une sonde polarographique ou une sonde DO optique. Cela dépend vraiment de vos préférences, de la matrice de l'échantillon et du niveau de précision souhaité. L'étalonnage des sondes galvaniques et polarographiques s'effectue en un ou deux points. L'étalonnage peut se faire dans une solution sans oxygène ou dans de l'air saturé à 100 %. Ne vous inquiétez pas, un bécher d'étalonnage pratique est inclus pour rendre le processus encore plus facile.

Hanna Instruments propose une variété d'oxymètres pour répondre à vos besoins ; des oxymètres dédiés, tels que HI98193 (parfait pour les applications exigeantes) ou l'oxymètre LDO HI98198 (qui rend les mesures d'oxygène dissous plus fiables et sans tracas), à nos instruments multiparamètres tels que le HI98196 (pH/Rédox/OD/Pression/Température) pour répondre à tous vos besoins de mesures de la qualité de l'eau.

Oxymètres portatifs

Oxymètres de laboratoire

Les oxymètres de laboratoire, tout comme les oxymètres portatifs offrent de nombreuses options pour répondre aux besoins d'une application particulière. Lors du choix d'un oxymètre de laboratoire, il convient de tenir compte de l'espace dont vous disposez. Certains appareils, tels que les photomètres de laboratoire, peuvent nécessiter plus d'espace qu'un instrument utilisant une sonde électroanalytique. À l'opposé, il existe également des appareils de mesure de l'oxygène dissous de paillasse à encombrement nul. Les appareils de mesure à encombrement nul peuvent vous faire gagner de l'espace précieux sur la paillasse en étant montés au mur.

Certains oxymètres de laboratoire sont des appareils de mesure de paramètres spécifiques. Si seul l'oxygène dissous doit être testé, il s'agit d'une excellente option économique, comme notre oxymètre de laboratoire Qualité Recherche HI6421. Les capteurs de température et de pression barométrique intégrés permettent de compenser la température et la pression barométrique.

S'il est possible de tester d'autres paramètres à l'avenir, il est recommandé de choisir un appareil de mesure extensible. Cela signifie généralement que l'appareil initial est acheté avec la sonde d'oxygène dissous et que d'autres sondes, telles que le pH, peuvent être ajoutées ultérieurement. Hanna Instruments propose l'oxymètre multiparamètre HI2040 edge®. Cet instrument et cette sonde permettent de tester l'oxygène dissous in situ dans des environnements plus étroits, car la sonde est plus fine.

Les appareils de mesure de l'oxygène dissous, qu'ils soient portatifs ou de laboratoire, peuvent compenser les principaux paramètres qui affectent les relevés d'OD (température, pression, salinité, humidité). Si vous devez communiquer vos données, choisissez un appareil de mesure capable d'enregistrer et de transférer les fichiers sur une clé USB ou un ordinateur.

Oxymètres de laboratoire

Contrôleurs de process

L'oxygène dissous peut également être mesuré en continu dans un procédé à l'aide d'un contrôleur de procédé industriel.
HI510 et HI520 sont des contrôleurs universels de process avancés qui peuvent être configurés pour de nombreuses applications nécessitant la surveillance et/ou le contrôle des paramètres du processus. Il sont dotés d'une ou deux entrée(s) numérique(s) qui détectent et mettent à jour automatiquement le contrôleur avec le paramètre mesuré. Simples d’installation, HI510 et HI520 sont adaptés pour un montage mural, encastré ou sur piquet.

Contrôleurs industriels pour l'oxygène dissous