Oxygène dissous – Quels sont les avantages de la mesure optique ?

Introduction

Comme actuellement dans tous les domaines, nous attendons des instruments/procédures de mesure de dernière génération, qu'ils soient plus robustes et plus performants que les instruments/procédures qu'ils sont censés remplacer. En outre, ils doivent également être faciles à manipuler et exiger le moins d'efforts d'étalonnage/de maintenance possible. Ce dernier point, en particulier, prend de plus en plus d'ampleur dans la course aux réductions des coûts et du temps passé par l'opérateur. Pour réaliser cette expérimentation, nous avons examiné de plus près deux systèmes de détermination de l'oxygène dissous dans l'eau et les avons comparés en termes de manipulation, d'étalonnage, de maintenance, de mesure et d'influence indésirable d'éventuelles pollutions sur le résultat de la mesure. À cette fin, un instrument avec un capteur galvanique approuvé HI98194 de Hanna Instruments et un nouvel appareil avec une sonde optique HI98198 également de Hanna Instruments, ont été comparés. Munis de capteurs de technologies différentes, les deux appareils fonctionnent aussi avec des principes de mesure différents. Alors que HI98194 détermine la teneur en oxygène au moyen d'une réaction d'oxydoréduction, HI98198 utilise le principe de l'extinction de la fluorescence pour la mesure.

Résultats

Mesure

Pour vérifier le comportement des deux sondes dans différentes conditions, des mesures ont été effectuées dans différents plans d'eau. Pour ce faire, trois mesures ont été effectuées successivement dans 3 eaux de surface différentes (le Rhin, le Neckar et un lac). La sonde a été plongée dans l'eau et agitée légèrement pour assurer la consommation d'oxygène. Nous avons attendu que la valeur soit stable. Les valeurs moyennes respectives pour l'appareil avec la sonde optique HI98198 (Tableau 1) et pour l'appareil avec la sonde galvanique HI98194 (Tableau 2) sont données ci-dessous.

Tableau 1: Résulats HI98198

Tableau 2: Résultats HI98194

Influences dues à la pollution

De nombreux plans d'eau naturelle présentent une pollution, qui peut être soit d'origine naturelle (par exemple, du sable tourbillonnant), soit d'origine non naturelle (par exemple, de l'essence ou du pétrole déversé). Pour connaître la sensibilité des deux sondes à la contamination de l'eau, une expérience a été réalisée avec de l'eau contenant de l'huile. Pour simuler des conditions réalistes, 350 mL d'eau ont été mélangés à 1 mL d'huile et les valeurs ont été enregistrées sur une période de 75 min. Ensuite, la quantité d'huile a été augmentée à nouveau en ajoutant 9 mL d'huile et les valeurs ont été enregistrées pendant 50 minutes supplémentaires. L'évolution dans le temps de la concentration d'oxygène a ensuite été tracée pour HI98198 (Figure 1) et HI98194 (Figure 2). On peut clairement voir que l'ajout d'huile entraîne une réduction de la concentration d'oxygène dans l'eau. Plus on ajoute d'huile, plus la teneur en oxygène diminue.

Pour vérifier si les deux instruments fonctionnaient encore parfaitement après ce test, les sondes ont été rincées à l'eau distillée et nettoyées grossièrement des résidus d'huile avec un chiffon. Ensuite, les deux sondes ont été à nouveau plongées dans un bécher avec de l'eau pendant 40 min. Le système galvanique, HI98194 (Figure 2), et le système optique, HI98198 (Figure 1), sont revenus sans problème aux valeurs initiales de l'eau. Cela démontre que ni la membrane du HI98194 ni le capuchon intelligent du HI98198 ne subissent de dommages lorsqu'ils sont mesurés dans un liquide chargé d'huile.

Une autre expérience a été réalisée avec une concentration d'huile encore plus élevée afin de tester la membrane dans des conditions très difficiles. Les deux sondes ont été immergées dans un mélange de 500 mL d'eau avec 50 mL d'huile et le mélange a été agité pendant 85 min. Comme dans les expériences précédentes, un point de mesure a été enregistré toutes les 5 minutes et l'évolution temporelle de la concentration en oxygène a été tracée pour le modèle HI98198 (Figure 3) et le modèle HI98194 (Figure 4).

En ajoutant l'huile, la concentration d'oxygène est augmentée pendant une courte période. Ensuite, elle diminue à nouveau dans les deux cas jusqu'à ce qu'un système relativement stable soit formé après environ 30 minutes. On peut clairement voir que les deux systèmes s'accommodent très bien de ces conditions difficiles. Cependant, deux valeurs aberrantes peuvent être observées dans le système galvanique. Cela a probablement été causé par des bulles d'huile directement au niveau de la membrane, qui ont réduit le flux incident pendant un court moment. Les bulles d'huile se sont à nouveau dissoutes grâce à l'agitation permanente et la valeur s'est ensuite normalisée.

En résumé

On peut dire que les deux systèmes fonctionnent bien dans des conditions réelles et avec une légère contamination. Ce n'est qu'avec une charge plus élevée que le système galvanique montre une faiblesse. Cependant, en termes de manipulation, d'étalonnage et de maintenance, le système optique présente des avantages par rapport au système galvanique. Aucune maintenance n'est requise pour la sonde optique, fonctionnant sans membranes et électrolyte.

Literatur
[1] S. Bell,F.Dunand, M.Schubert und R.König, VGB Powertech 2012, 9, 1-6.
[2] Leland C. Clark, Richard Wolf, Donald Granger, Zena Taylor, J. Appl Phiosol.1953, 6 (3), 189-193.
[3] I.Klimant, M.Kuhl, R.N.Glud, G.Holst, Sensors and Actuators B: Chemicals 1997, 38-39, 29-37.

Auteure : Dr. Katharina Fejfar, Hanna Instruments Deutschland, Vöhringen