Hegðun lofttegunda uppleyst í vökva er forvitnilegt og umfangsmikið rannsóknarsvið og gegnir lykilhlutverki í notkun frá lyfjarannsóknum til drykkjarframleiðslu.Í greininni efnaverkfræði fer miklum tíma í ferliverkfræðinámskeið þar sem lögð er áhersla á lögmál og tengsl sem stjórna hegðun vökva/gaskerfa við mjög breytilegar umhverfisaðstæður.Í þessari tæknilegu ábendingu ræðum við hvernig lög Henrys tengjast virkni Ocean Insight sjónræns súrefnisskynjara.
Ocean Insight optískir súrefnisskynjarar
NeoFox súrefnisskynjarakerfi greinir hlutþrýsting súrefnis í umhverfinu og gera það með flúrljómunarfasaskiptaaðferð.Sérstakt litarefni er fellt inn í þunnt filmu sól-gel fylki og húðað á enda ljósleiðaranema eða sjálflímandi plástur, og blár LED er notaður til að örva flúrljómun litarins (Mynd 1).
Þættir þessarar flúrljómunar eru fylgst með af skynjaranum og hegða sér sem fall af hlutþrýstings súrefnis og hitastigi.Vegna þess að kerfið er eingöngu að bregðast við hlutaþrýstingi súrefnis, verða nokkrar breytur að vera þekktar um kerfið þegar skipt er yfir í uppleystar súrefniseiningar.
William Henry setti fram lykillögmál árið 1803, sem segir: „Við stöðugt hitastig er magn tiltekins gass sem leysist upp í ákveðinni tegund og rúmmáli vökva í réttu hlutfalli við hlutþrýsting þess gass í jafnvægi við þann vökva. ”
Í grundvallaratriðum segir þetta að hlutþrýstingur gass í tveggja fasa gas/vökvakerfi muni ná jafnvægi í sama stigi í hverjum áfanga, sem er leiðandi hugtak.Hins vegar er oft greint frá uppleystum súrefniseiningum í mg/L (eða ppm) - gildi sem mun breytast eftir tegund vökva og eiginleika hans eins og seltu, þrátt fyrir sama hlutþrýsting.Hvernig getur þetta verið?Þetta er ekki eins leiðandi og krefst snjallrar stærðfræði til að gera rétta umbreytingu.
Súrefnisskynjun umbreytingaralgrím
Mæling á uppleystu súrefni í sjó er gott dæmi til að sýna lögmál Henrys þar sem það er algengt forrit sem gerir ráð fyrir ýmsum þynningum á seltu þess.Við 20 °C mun sjór ná jafnvægi í lofti (20,9% súrefni) í 7,2 mg/L, en hreint ferskt vatn mun koma í jafnvægi í aðeins hærra 9,1 mg/L;þar sem ekkert salt er til staðar er meiri möguleiki á að gas hleðst inn í vökvafasann. En hlutþrýstingarnir tveir eru eins og koma í jafnvægi við 0,209 atm súrefni (við 1 atm heildarþrýsting).Ocean Insight súrefnisskynjarar myndu ekki geta greint á milli þessara tveggja lausna; nákvæm skýrsla um gildið í mg/L myndi krefjast þekkingar á seltu og hitastigi hverrar lausnar.Við getum sýnt fram á þetta með því að skoða mismunandi súrefnisstyrk sem bólað er í gegnum mismunandi þynningar sjávarvatns og sjá hvernig NeoFox súrefnisnemar bregðast við.
Opið vs lokað kerfi
NeoFox súrefnisskynjarakerfið notar margra punkta kvörðunarfylki yfir svið súrefnishlutþrýstings og hitastigs.Kerfið notar þetta fylki til að leiðrétta hitasveiflur í kerfinu.
Í gasfasa er þetta gilt og jafnvel nauðsynlegt fyrir réttar mælingar;ef hitastigið hækkar um 10 °C og súrefnishlutþrýstingurinn helst sá sami mun kerfið upplifa lækkun á tau gildi (flúrljómunarlíftími) en mun einnig greina hitastig delta og gefa samt sama súrefnishlutþrýstingsgildi.
Ef fjölpunkta kvörðunarfylki er notað í vökvafasanum í opnu kerfi, kerfi sem er frjálst að ná jafnvægi við gasfasa umhverfið í kringum það, mun það einnig gilda þar sem hlutþrýstingsbreytingin verður gerð eins og hún var í gasfasinn.Einnig mun síðari umbreytingu uppleystu súrefniseininga aðlagast miðað við hitastig þar sem mg/L súrefni er frjálst að breytast með gasfasanum fyrir ofan það.Hins vegar, í lokuðu kerfi, eru hlutirnir ekki svo einfaldir.Ef þú værir með fullkomlega lokað 1 ker af vatni með eitthvað súrefnismagn sem er ekki nálægt mettun (við skulum segja 2 mg/L), og með ekkert gas í ílátinu, myndi hitabreyting valda rangri breytingu á uppleystu súrefniseiningum .Í opna kerfinu okkar, þegar hitastig breyttist, var vökvinn frjáls til að skiptast á súrefni við umhverfið og umbreytingarstærðfræðin gerði grein fyrir þessari breytingu í mg/L.Hins vegar, í lokuðu kerfinu okkar - sem getur ekki haft samskipti við umhverfið - myndi breyting á hitastigi einnig koma af stað stærðfræði umbreytinga til að tilkynna breytingu á mg/L, jafnvel þó að við vitum að við höfum enn okkar 2 mg af súrefni í 1 L ílátinu okkar. .Auðveldasta leiðréttingin í þessari atburðarás er að leyfa ekki aukabreytingu (hlutþrýstingi í mg/L) að taka tillit til hitabreytinga, og í staðinn leyfa aðeins fyrstu umbreytingu (tau í hlutaþrýsting) til að jafna upp hitastig. Þessi nálgun , þó, gerir ráð fyrir að notandinn viti hið sanna gildi súrefnis í lokuðu kerfinu við upphafshitastig;að fara í þessa tegund af umbreytingu á lokuðu kerfi án þess að rétta
Upphafspunktar gera það mjög erfitt ef ekki ómögulegt að reikna út.
Ályktanir
Ocean Insight er stöðugt að bæta hvernig súrefnisskynjararnir okkar vinna úr og tilkynna gögnum til notandans, þannig að gildi séu eins gild og nákvæm og mögulegt er.
Gagnlegar auðlindir
• Uppleyst súrefnisleysnitöflur US Geological Survey.
• Töflur bandarískra jarðfræðirannsókna um mettunargildi uppleysts súrefnis.
Birtingartími: 26. mars 2022