Sensores de Oxigénio Dissolvidos - ERT Lda...O2 + 4e- + 2H2O 4OH Ânodo (Pb) – Reação de...

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  • ÓTICOS GALVÂNICOS sensores

    sensores

    Sensores de Oxigénio Dissolvidos

    w w w . . p te r t

    C O N H E Ç A :

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    Galvânicos ÓticosVS

    Existem dois tipos de sensores de OD – eletroquímicos e óticos. Os sensores eletroquímicos, também conhecidos como amperimétricos ou

    “Clark-Type”, medem a concentração de oxigénio dissolvido em água com base na corrente elétrica produzida. Os sensores polarográficos e

    galvânicos são também parte da família dos sensores eletroquímicos. As vantagens dos sensores galvânicos sobre os polarográficos está no facto

    de os sensores galvânicos não requererem uma fonte de voltagem exterior nem ser necessário tempo para o seu aquecimento, sendo ainda possível utilizar estes elétrodos por muito tempo. Os sensores OD óticos,

    popularmente conhecidos como sensores luminescentes ou fluorescentes, medem a concentração de oxigénio dissolvido na água

    com base na extinção da luminescência na presença de oxigénio.

    O método moderno de medição de Oxigénio Dissolvido (OD) no laboratório ou em campo envolve a utilização de um sensor de OD ligado a um

    medidor que regista os dados de calibração e de medição. Os sensores OD podem ser desenhados para amostragem discreta, testes de Carência Biológica de Oxigénio (CBO), ou para aplicações de monitorização a longo prazo, enquanto os medidores utilizados podem estar equipados com um

    barómetro interno, algoritmos de compensação e outras funções especiais, como a ligação a um computador para transferência de dados.

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    A oferece sensores de OD eletroquímicos galvânicos e sensores HORIBAóticos baseados da duração da luminescência. Ambos os sensores não necessitam de manutenção e desenvolvidos numa configuração “plug-

    and-play” - sensor robusto com um termístor integrado, ponta substituível e vários comprimentos de cabo disponíveis – que

    proporciona uma medição de oxigénio e temperatura rápida, fácil e precisa.

    Pode ser medida tanto a intensidade como a duração da luminescência já que o oxigénio afeta ambas. A vantagem da medição da duração da

    luminescência relativamente à medição da sua intensidade está em esta ser menos suscetível a desvios na folte de luz e no detetor ou mudanças no percurso ótico. Estes sensores exibem estabilidade a longo prazo e

    mantém a sua precisão, mesmo com alguma fotodegradação.

    SENSORES DE OXIGÉNIO DISSOLVIDO

    ELETROQUÍMICO

    ÓTICO

    POLAROGRÁFICO

    GALVÂNICO

    INTENSIDADE DA LUMINESCÊNCIA

    DURAÇÃO DA LUMINESCÊNCIA

  • AA

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    Tanto o ânodo como o cátodo estão submersos numa solução de eletrólitos e resguardados numa capa com uma fina membrana hidrofóbica permeável ao oxigénio.

    O cátodo e o ânodo são metais diferentes, com potenciais elétricos diferentes. De forma a reduzir o oxigénio sem a aplicação de uma potencial externo, a diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo deve ser de, pelo menos, 0,5V. Quando colocada numa solução, esta diferença de potencial causa a auto polarização dos eletrólitos, com os eletrões viajando internamente do ânodo para o cátodo. Por este motivo, o sensor de OD galvânico não requer tempo de aquecimento nem uma corrente externa.

    O cátodo aceita eletrões do ânodo via um circuito interno e passa-os a moléculas de oxigénio, não interferindo com a reação. Portanto, o ânodo é oxidado e o oxigénio é reduzido à superfície do cátodo.

    Elétrodo

    Ânodo (chumbo)

    Eletrólito Alcalino

    Membrana Permeável a GasesCátodo (prata)

    Componentes: Cátodo, Ânodo, Eletrólito, Membrana

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    Esquemática

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    Sistema de LEDs: O LED azul emite luz que excita a tinta, causando a sua luminescência. O LED vermelho emite luz, mas simplesmente refletida pela tinta e não causa luminescência, servindo de referência para garantir precisão.

    Membrana: A tinta luminescente está acondicionada num filme. Quando exposta à luz azul, a tinta torna-se excitada e emite luz quando os eletrões retornam ao seu estado normal de energia.

    Foto-detetor: O fotodiodo mede a intensidade ou a duração da luminescência da tinta.

    A membrana está revestida na tampa do sensor enquanto os LEDs e o fotodetector estão alojados no corpo do sensor.

    Componentes: LEDs; Foto-detetor; Tinta Luminescente; Membrana.

    Foto-detetor

    Fonte de Luz de Referência (LED vermelho)

    Fonte de Luz da Excitação (LED azul)

    Excitação (Luz Ultravioleta)

    Filme Fluorescente de Resposta ao Oxigénio

    Emissão

  • AB

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    Quando o sensor galvânico de OD está imerso na amostra de água, o oxigênio que difunde-se através da membrana permeável ao oxigênio, a uma taxa proporcional à pressão de oxigênio na água que é reduzido e consumido no cátodo. Essa reação produz uma corrente elétrica diretamente relacionada com a concentração de oxigênio. Esta corrente é transportada pelos iões no eletrólito e corre do cátodo para o ânodo.

    Cátodo (Ag) – Reação de redução do Oxigénio: O2 + 4e- + 2H2O� � 4OH

    Ânodo (Pb) – Reação de oxidação do Chumbo: 2Pb � 2Pb2+ + 4e

    Reação Global: O2 + 2H2O + 2Pb � 2Pb(OH)2

    O sólido branco, Pb (OH) 2, que é produzido por estas reações é precipitado na solução eletrolítica. Não reveste o ânodo nem consome o eletrólito, não afetando o desempenho do sensor até que a quantidade se torne excessiva. Se isto acontece, pode interferir na capacidade dos iões de transportar a corrente.

    A corrente produzida é proporcional ao oxigênio consumido e, portanto, à pressão parcial de oxigênio na amostra.

    Como o sensor de DO galvânico é auto polarizado: o ânodo é continuamente consumido mesmo quando o sensor não está em uso. Quando não há medição por um longo período, a ponta do elétrodo deve ser desconectada e armazenada de acordo com o indicado no manual.

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    Princípio de Funcionamento

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    Quando um sensor ótico de OD é imerso na amostra de água, o oxigênio atravessa a membrana e interage com o corante. Isso extingue ou reduz a intensidade e a vida útil da luminescência do corante, que é medido pelo foto detetor e usado para calcular a concentração de OD.

    A intensidade e a vida útil da luminescência quando o corante é exposto à luz azul é inversamente proporcional à quantidade de oxigênio na amostra.

    A vida útil é monitorizada em função da concentração de oxigênio usando a técnica de fluorometria de fase, onde a diferença de uma fase sensível ao oxigénio é medida entre o sinal de luminescência modulado e um sinal de referência modulado.

    Se o sinal de excitação for modulado sinusoidalmente, a luminescência

    também é modulada, mas com atraso de tempo ou mudança de fase

    em relação ao sinal de excitação. Essa mudança de fase é ilustrada na

    figura 1. Os LEDs azul e vermelho são alternados para determinar a

    diferença de fase, Øref, devido apenas à eletrónica. Essa mudança de

    fase é subtraída em tempo real da mudança de fase dependente de

    oxigênio, Øsig, para obter a mudança de fase específica da saída do

    sensor. A vida útil é monitorizada em função da concentração de

    oxigênio usando a técnica de fluorometria de fase, onde a diferença de

    uma fase sensível ao oxigénio é medida entre o sinal de luminescência

    modulado e um sinal de referência modulado.

    Fig.1. Princípio da técnica de fluorometria de fase

  • AC

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    A calibração é realizada em ar limpo após permitir que o sensor repouse por aproximadamente 20 minutos.Quando o sensor de OD galvânico está ligado a qualquer Medidor de OD da série 100 ou 200, o medidor mostrará 105% de OD após a calibração no modo de percentagem de saturação. Isto é equivalente a 100% de saturação de OD na água. A HORIBA determinou 5% como a diferença entre a corrente do sensor no ar e na água com base em resultados experimentais.

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    Calibração

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    A calibração é realizada no frasco de calibração de ar que acompanha o sensor. A garrafa possui uma esponja húmida no fundo para criar um ambiente com pressão de vapor de água.Quando o sensor ótico de OD está ligado a qualquer Medidor de OD da série WQ-300, o medidor mostrará 100% OD após a calibração em modo percentagem de saturação OD.

    A calibração é realizada em solução fresca sem oxigênio, que pode ser preparada dissolvendo 2 g de sulfito de sódio (Na2SO3) com 1 L de água destilada ou

    desionizada num recipiente. A membrana e o termístor do sensor de OD devem estar totalmente imersos na solução durante a calibração. O medidor mostrará

    0% de OD após a calibração no modo de percentagem de saturação.

    CALIBRAÇÃO A 100% OD

    CALIBRAÇÃO A 0% OD

  • Consumo de energia

    Agitação

    Tempo de aquecimento

    Tempo de resposta

    Calibração

    Membrana

    Vida útil

    Substituição

    Garantia

    Custo

    Aplicações

    Necessário

    Não necessário

    Mais rápido.

    Menos energia necessária

    Mantém os dados de calibração

    no medidor;

    Tem tendência a afastar-se da calibração;

    É necessário calibrar frequentemente.

    Vulnerável a acidentes e a desgaste

    Mais curta

    6 meses

    A substituição da ponta do sensor ocorre a cada 6 meses, dependendo da aplicação e do manuseio.

    Quando a leitura do sensor é anormalmente baixa ou instável ou o sensor não é calibrado,

    a ponta do sensor deverá ser substituída.

    Menor

    Não é adequado para amostras que contenhamácidos fortes ou sulfeto

    de hidrogênio

    Não necessário

    Não necessário

    2 A 4 vezes mais lento

    Mais energia necessária

    Mantém os dados de calibração na cabeça

    do sensor;

    Mantem melhor a calibração, com pouco desvio;

    É recomendado calibrar frequentemente

    Durável

    Mais longa

    12 meses

    A substituição da tampa do sensor é realizada após cada 12 meses, dependendo da aplicação e do manuseio. O corante degrada-se com o tempo. Quando o sensor não calibrar, a tampa do sensor deverá ser substituída.

    Maior

    Adequado para amostras que contenham ácidos fortes ou sulfeto de hidrogênio; Mais preciso para baixas concentrações de OD Requer menos volume de amostra

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    OD

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    Vantagens e DesvantagensD

  • 0.00 – 20.00 mg/L

    Ponta do sensor e capa protetora em aço inox

    Séries 100 e 200

    300-D-2 (2m)

    300-D-5 (5m)

    Tampa do sensor, garrafa de calibração e capa protetora em aço inox

    Laboratório e campo

    9520-10D (1m)9551-20D (2m)

    9551- 100D (10m)

    9552-20D (2m)

    9552-50D (5m)

    7541 5401 5402

    0.00 – 20.00 mg/L

    9552-20D (2m)

    9552-50D (5m)

    Série WQ-300

    Gama T °C

    Modelo

    Ponta OD

    Gama OD

    Acessórios

    Aplicação

    Medidores

    300-D-M

    0 a 50 °C0 a 50 °C

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    Laboratório e campo

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