Sensores de oxígeno disuelto: por qué es importante el oxígeno disuelto.

Sensores de oxígeno disuelto: por qué es importante el oxígeno disuelto.

¿Qué es el oxígeno disuelto y por qué es importante?

El oxígeno disuelto (OD), medido en mg/L, es la cantidad de oxígeno no compuesto disuelto en el agua. Se mide mediante un sensor o sonda de oxígeno disuelto. Representa la cantidad de oxígeno disponible para los organismos en el agua. Por lo tanto, es una variable clave para comprender la salud de un cuerpo de agua.

La concentración de oxígeno disuelto en una masa de agua depende de las actividades físicas, químicas y bioquímicas que tienen lugar en el agua y a su alrededor. Así como la conductividad eléctrica se relaciona con los iones libres, el oxígeno disuelto se relaciona con el oxígeno libre no compuesto; es decir, el oxígeno debe ser "libre" y no el oxígeno (O) que compone el agua (H2).

Solubilidad del agua y del oxígeno disuelto.

La solubilidad indica la capacidad de un cuerpo de agua para disolver oxígeno. La solubilidad del oxígeno en el agua está relacionada con la salinidad, temperatura y la presión.

temperatura del agua: el agua más caliente tiene mayor energía cinética, lo que aumenta el movimiento de las moléculas de gas. A su vez, el agua "pierde" más gas a la atmósfera circundante. Por lo tanto, el agua más fría generalmente tendrá más oxígeno disuelto que el agua más caliente si todos los demás parámetros son similares. El oxígeno disuelto alcanza 14.6 mg /L a 0 °C y aproximadamente 9.1, 8.3 y 7.0 mg /L a 20, 25 y 35 °C, respectivamente, a una presión de 1 atm [1]. Las fluctuaciones temperatura a lo largo del día y del año juegan un papel importante en las mediciones de sensores de oxígeno disuelto.

Presión: El oxígeno disuelto aumenta con la presión atmosférica o hidrostática. Por lo tanto, el agua a menor altitud puede disolver mayor cantidad de oxígeno que un cuerpo similar a mayor altitud. Por ejemplo, el oxígeno disuelto se duplica cuando la presión aumenta de 1 bar a 2 bar. La solubilidad del oxígeno disuelto también aumenta con presiones hidrostáticas más elevadas.

Salinidad: La salinidad representa la cantidad de sales disueltas en el agua. Las sales disueltas reducen la capacidad del agua para disolver oxígeno. Por lo tanto, el agua con alta salinidad tendrá niveles más bajos de oxígeno disuelto en comparación con el agua dulce.

Factores que afectan los niveles de oxígeno disuelto.

Si bien temperatura, la salinidad y la presión alteran la capacidad del agua para disolver oxígeno, no aumentan ni disminuyen directamente la concentración de oxígeno. Dos factores influyen principalmente en los niveles de oxígeno disuelto en los organismos acuáticos y en la atmósfera.

Atmósfera: Las moléculas de oxígeno se desplazan naturalmente de zonas de alta concentración a zonas de baja concentración. Dado que el aire está saturado al 100% de oxígeno (aproximadamente 20.95% del aire es oxígeno), las moléculas se mueven y se disuelven en el agua con la que interactúan. El viento, las olas y otros procesos de aireación mezclan constantemente el agua con la atmósfera. Como resultado, se produce una ganancia y una pérdida constante de moléculas.

Organismos: Los organismos aumentan y disminuyen los niveles de oxígeno disuelto. Por ejemplo, durante la fotosíntesis, junto con la luz solar, las plantas absorben agua, dióxido de carbono y minerales, y liberan oxígeno y compuestos orgánicos. Por lo tanto, la presencia de plantas sanas generalmente aumenta los niveles de oxígeno disuelto. En cambio, algunos organismos, como los peces y las algas, necesitan oxígeno para respirar y, por consiguiente, reducen dichos niveles.

Importancia de los niveles de oxígeno disuelto.

Los niveles de oxígeno disuelto se equilibran entre el oxígeno producido por las plantas y el consumido por los organismos. En un sistema saludable, este equilibrio fluctúa diariamente y estacionalmente. Sin embargo, la producción o el consumo no deben desequilibrarse demasiado. En tales casos, el sistema puede desequilibrarse irreversiblemente. Los mecanismos que rigen el sistema son extremadamente complejos y merecen artículos propios. Aquí solo abordaremos brevemente el equilibrio del oxígeno disuelto.

Las causas de un sistema desequilibrado son numerosas; los cambios de temperatura o salinidad son factores clave, junto con aportes como las aguas subterráneas o la escorrentía.

Como se mencionó anteriormente, un aumento de temperatura disminuiría la solubilidad del oxígeno, pero el mayor efecto se produciría en los organismos del agua. Organismos como las algas pueden proliferar en aguas más cálidas. Si un cuerpo de agua se calienta ligeramente, esto puede provocar una floración de algas. Durante estos eventos, las algas crecen y consumen nutrientes, y a veces matan otras plantas y peces con neurotoxinas. Las plantas y los peces muertos producen nutrientes para las bacterias que consumen oxígeno. Como resultado, las bacterias se multiplican, lo que reduce el oxígeno disuelto. Este ciclo de retroalimentación mata a más peces que necesitan mayores niveles de oxígeno disuelto para respirar. La introducción de sustancias químicas tóxicas, ya sea directamente o a través de la escorrentía, también tendría un efecto similar al matar peces y plantas.

Métodos de medición de oxígeno disuelto

Como el oxígeno disuelto es una medida crítica para comprender calidad del agua es importante utilizar las herramientas de medición correctas.

Existen tres métodos para medir el oxígeno disuelto. El primero es el método colorimétrico, un método sencillo que, sin embargo, solo proporciona datos aproximados. Un método más preciso es la titulación de Winkler, que mide la cantidad de un agente neutralizante utilizado como indicador de los niveles de oxígeno disuelto.

Sin embargo, el método de referencia consiste en utilizar un sensor /sonda/sonda de oxígeno disuelto. Estos sensores electrónicos registran datos de forma continua y proporcionan información precisa a intervalos preestablecidos. La precisión de los datos que ofrecen hace que sensores de oxígeno disuelto sean muy populares entre los hidrólogos, además de que no es necesario llevar productos químicos ni recipientes de vidrio al campo para tomar muestras y realizar mediciones.

sensor de oxígeno disuelto

El sensor óptico de oxígeno disuelto (ODO) fabricado por Greenspan utiliza un transductor robusto de estado sólido basado en fluorescencia. sensores basados ​​en fluorescencia son intrínsecamente fiables y requieren poco mantenimiento, ya que no necesitan membranas ni electrolitos reemplazables. El emisor envía luz, a ~475 nm, a la parte posterior del elemento sensor. La superficie en contacto con el fluido del elemento sensor consiste en una fina capa de un material sol-gel hidrofóbico.

Un complejo de rutenio queda atrapado en la matriz de sol-gel, inmovilizado eficazmente y protegido del agua. La luz del LED excita el complejo de rutenio inmovilizado en el elemento sensor.

El complejo de rutenio excitado emite fluorescencia, con una emisión de energía de ~600 nm. Si el complejo de rutenio excitado entra en contacto con una molécula de oxígeno, el exceso de energía se transfiere a esta molécula mediante una transferencia no radiativa, lo que disminuye o extingue la señal de fluorescencia (véase Extinción de la fluorescencia más adelante). Por consiguiente, el grado de extinción se correlaciona con la concentración de oxígeno en contacto con el elemento sensor.

Extinción de fluorescencia

El oxígeno es capaz de atenuar eficazmente la fluorescencia y la fosforescencia de ciertos luminóforos. Este efecto (descrito por primera vez por Kautsky en 1939) se denomina «atenuación dinámica de la fluorescencia». La colisión de una molécula de oxígeno con un fluoróforo en su estado excitado produce una transferencia de energía no radiativa. El grado de atenuación de la fluorescencia está relacionado con la frecuencia de las colisiones y, por lo tanto, con la concentración del medio que contiene oxígeno.

Para consultar la lista completa de sensores de calidad del agua Greenspan, visite nuestra página dedicada Greenspan.

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[1] https://www.sciencedirect.com/book/ 9780128023266 /characterization-and-treatment-of-textile-wastewater