ออกซิเจนละลายน้ำ (Dissolved oxygen DO) คือปริมาณก๊าซออกซิเจนที่ละลายในน้ำ มีหน่วยวัดเป็นมิลลิกรัมต่อลิตร (มก./ลิตร) หรือส่วนในล้านส่วน (ppm) ออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตในน้ำส่วนใหญ่ และระดับออกซิเจนที่ละลายในน้ำเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของคุณภาพน้ำ
ระดับออกซิเจนที่ละลายในน้ำ (ค่าดีโอ DO) ตามธรรมชาติโดยทั่วไปได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายอย่าง เช่น อุณหภูมิ ความเค็ม และการเคลื่อนที่ของน้ำ การสังเคราะห์แสงโดยพืชน้ำและสาหร่ายยังช่วยเพิ่มออกซิเจนให้กับน้ำ ในขณะที่การหายใจของสิ่งมีชีวิตในน้ำ แบคทีเรีย และผู้ย่อยสลายอื่นๆ จะใช้ออกซิเจนจนหมด เราสามารถตรวจวัดค่าออกซิเจนละลายในน้ำด้วยเครื่องมือที่เรียกว่า Dissolved oxygen (DO) meter หรือเซนเซอร์ออกซิเจน
หลักการทำงาน DO meter
เครื่องวัดนี้เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ซึ่งมีหลายประเภทได้แก่เซ็นเซอร์แบบออปติคอล (Optical) เซ็นเซอร์แบบโพลาโรกราฟิก (Polarographic) และเซ็นเซอร์แบบกัลวานิก (Galvanic) ซึ่งแต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสีย และหลักการทำงานที่ต่างกันไปดังต่อไปนี้
หลักการทำงานของเซ็นเซอร์แบบ Polarographic
หลักการของเครื่องวัดค่าออกซิเจนละลายน้ำแบบโพลาโรกราฟีขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างระดับออกซิเจนที่ละลายในน้ำและกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากอิเล็กโทรดที่ไวต่อออกซิเจน อิเล็กโทรดโดยทั่วไปทำจากวัสดุที่ไวต่อออกซิเจน เช่นซิลเวอร์คลอไรด์ อิเล็กโทรดจุ่มอยู่ในน้ำที่กำลังทดสอบ และจ่ายแรงดันไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรด
เมื่อออกซิเจนละลายอยู่ในน้ำ ออกซิเจนจะลดลงที่ผิวอิเล็กโทรด การลดลงของออกซิเจนที่ผิวอิเล็กโทรดทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ เครื่องวัดสามารถคำนวณความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในหน่วยมิลลิกรัม/ลิตรหรือ ppm โดยการวัดกระแสไฟฟ้า
หลักการทำงานของเซ็นเซอร์แบบกัลวานิก (Galvanic)
ทำงานโดยใช้หลักการที่เรียกว่าไฟฟ้าเคมี ใช้อิเล็กโทรดและปฏิกิริยาเคมีเพื่อวัดค่าออกซิเจนละลายในน้ำ อิเล็กโทรดโดยทั่วไปทำจากวัสดุที่ไวต่อออกซิเจนเช่นอิเล็กโทรดแพลทินัมหรือทอง อิเล็กโทรดจุ่มอยู่ในน้ำที่กำลังทดสอบ และจ่ายแรงดันไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรด
เมื่อออกซิเจนละลายอยู่ในน้ำออกซิเจนจะลดลงที่บริเวณผิวอิเล็กโทรด การลดลงของออกซิเจนที่ผิวอิเล็กโทรดทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ เครื่องวัดสามารถคำนวณความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในหน่วยมิลลิกรัม/ลิตรหรือ ppm โดยการวัดกระแสไฟฟ้า
เครื่องวัดค่าออกซิเจนละลายน้ำแบบกัลวานิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความแม่นยำสูง มีเสถียรภาพในระยะยาว และไม่ต้องบำรุงรักษา โดยทั่วไปจะมีเซนเซอร์อุณหภูมิเพื่อแก้ไขความผันแปรของอุณหภูมิ ซึ่งอาจส่งผลต่อการวัดค่าออกซิเจนที่ละลายในน้ำ
ความแตกต่างระหว่างแบบกัลวานิกและโพลาโรกราฟิก
ความแตกต่างระหว่างเครื่องวัด DO แบบกัลวานิกและ แบบโพลาโรกราฟิกคือประเภทของอิเล็กโทรดที่ใช้ แบบกัลวานิกใช้เซลล์กัลวานิกซึ่งเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีประเภทหนึ่งที่ผลิตกระแสไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเองระหว่างโลหะสองชนิด
อิเล็กโทรดแบบกัลวานิกจะสร้างกระแสด้วยตัวมันเอง โดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายแรงดันภายนอกใดๆ คุณลักษณะนี้ทำให้เครื่องวัดค่า DO แบบกัลวานิกสามารถพกพาได้สะดวกและง่ายต่อการใช้งานในภาคสนาม
สิ่งสำคัญคือ DO แบบกัลวานิกมีความไวต่อการมีอยู่ของก๊าซที่ละลายอื่นๆ เช่น CO2 ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่ต้องใช้น้ำยาขจัดก๊าซเพื่อกำจัดก๊าซเหล่านี้ก่อนที่จะวัดระดับ DO นอกจากนี้ เซ็นเซอร์กัลวานิกยังต้องการการสอบเทียบเป็นประจำเพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของการวัด
หลักการทำงานของแบบออปติคอล (Optical)
หลักการของเครื่องวัด DO Meter แบบใช้แสง (Optical) ซึ่งใช้ความสัมพันธ์ระหว่างระดับออกซิเจนละลายน้ำกับปริมาณแสงที่ตัวอย่างน้ำดูดซับไว้ โดยใช้ไดโอดเปล่งแสง (LED) เป็นแหล่งกำเนิดแสงและโฟโตไดโอดเป็นตัวตรวจจับแสง LED จะปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นเฉพาะ ซึ่งถูกดูดซับโดยออกซิเจนที่ละลายอยู่ในตัวอย่างน้ำ ปริมาณแสงที่ดูดซับจะแปรผันโดยตรงกับความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ
เมื่อแสงจากหลอด LED ส่องไปยังตัวอย่างน้ำ แสงจะแทรกซึมเข้าไปในน้ำและถูกดูดซับโดยออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ปริมาณแสงที่ถูกดูดกลืนจะถูกวัดโดยโฟโตไดโอด จากนั้นมิเตอร์จะคำนวณความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในหน่วยมิลลิกรัม/ลิตรหรือ ppm ตามปริมาณแสงที่ดูดกลืน
เครื่องวัดค่าออกซิเจนละลายน้ำแบบใช้แสงมีราคาไม่แพง ใช้งานและบำรุงรักษาง่าย และมักใช้ในงานภาคสนาม ไม่จำเป็นต้องมีการสอบเทียบซึ่งทำให้เหมาะสำหรับงานภาคสนาม พวกเขายังไม่ไวต่อการปรากฏตัวของก๊าซที่ละลายน้ำอื่น ๆ เช่น CO2
อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดค่าออกซิเจนละลายน้ำแบบใช้แสงมีความแม่นยำน้อยกว่าเครื่องวัดค่าออกซิเจนละลายในน้ำแบบโพลาโรกราฟีหรือแบบกัลวานิก และอาจไม่เหมาะสำหรับการวัดที่มีความแม่นยำสูง นอกจากนี้ยังอาจมีความเสถียรน้อยลงเมื่อเวลาผ่านไป และอาจต้องมีการสอบเทียบใหม่บ่อยครั้ง
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าเพื่อให้ได้การวัดที่แม่นยำ เครื่องวัด DO แบบออปติคอลต้องวางไว้ในห้องมืดหรือในพื้นที่มืดเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนของแสงโดยรอบ
