Oxigen Dissolt
| Taula1: Requeriment mínim de DO | |
Organisme | Oxigen dissolt mínim (mg/L) |
| Truita | 6.5 |
| LXbina de boca petita | 6.5 |
| Larves de tricòpters | 4.0 |
| Larves d'efemeròpter o mosca de maig | 4.0 |
| Silur | 2.5 |
| Carpa | 2.0 |
| Larves de Mosquit | 1.0 |
L'oxigen gasós dissolt a l'aigua és vital per a l'existència de la majoria dels organismes aquàtics. L'oxigen és un component clau
en la respiració cel·lular tant per a la vida aquàtica com per a la vida terrestre. La concentració d'oxigen dissolt (DO) en un ambient aquàtic és un indicador important de la qualitat de l'aigua ambiental.
Alguns organismes, com ara el salmó, les efímeres i les truites, requereixen altes concentracions d'oxigen dissolt. Altres organismes com el silur, les larves de mosquit i la carpa poden sobreviure en ambients amb baixes concentracions d'oxigen dissolt. La diversitat dels organismes és molt més gran a altes concentracions de DO. La Taula 1 indica les concentracions mínimes d'oxigen dissolt necessàries per sostenir diferents animals.
- Difusió de l'atmosfera
- Oxigenació pel moviment de les aigües sobre les roques o els detrits
- Oxigenació pel vent o les onades
- Fotosíntesi de les plantes aquàtiques
Fonts de DO
L'oxigen gasós es dissol a l'aigua per diversos processos com la difusió entre l'atmosfera i l'aigua, oxigenació pel flux de l'aigua sobre les roques i altres detrits, l'agitació de l'aigua per les onades i el vent i la fotosíntesi de plantes aquàtiques . Hi ha molts factors que afecten la concentració de l'oxigen dissolt en un ambient aquàtic. Aquests factors inclouen temperatura, flux del corrent, pressió de l'aire, plantes aquàtiques, matèria orgànica en descomposició i activitat humana.
- Temperatura
- Poblacions de plantes aquàtiques
- Material orgànic en descomposició a l'aigua
- Flux de corrents
- Pressió atmosfèrica i altura
- Activitat Humana
Factors que afecten els nivells de DO
Com a resultat de l'activitat de les plantes, els nivells de DO poden fluctuar durant el dia, elevant-se al llarg del matí i aconseguint un màxim a la tarda. A la nit cessa la fotosíntesi, però les plantes i els animals continuen respirant, causant una disminució dels nivells de DO. Com que les fluctuacions diàries són possibles, els assaigs de DO s'han de fer a la mateixa hora cada dia. Grans fluctuacions als nivells d'oxigen dissolt en períodes curts de temps poden portar com a resultat una multiplicació d'algues. Com que la població d'algues està creixent amb gran rapidesa, els nivells d'oxigen dissolt augmenten. Aviat les algues comencen
a morir i són descompostes per bacteris aeròbics, els que usen l'oxigen. A mesura que moren més algues, el requeriment d'oxigen de la descomposició aeròbica augmenta, cosa que
en una caiguda brusca dels nivells d'oxigen. A continuació d'una floració d'algues, els nivells d'oxigen poden ser tan baixos que els peixos i altres organismes aquàtics se sufoquen i moren.
| Taula 2 | |
| Nivell de DO | Percentatge de Saturació de DO |
| Supersaturació1 | 101% |
| Excel·lent | 90 – 100% |
| Adequat | 80 – 89% |
| Acceptable | 60 – 79% |
| Pobre | 60% |
La temperatura és un factor important en la capacitat de l'oxigen per dissoldre's, ja que l'oxigen, igual que tots els gasos, té diferents solubilitats a temperatures diferents. Les aigües més fredes tenen més capacitat d'oxigen
dissolt que les aigües més càlides. L'activitat humana, com la remoció del fullatge al llarg d'un corrent o l'alliberament d'aigua calenta emprada en els processos industrials, pot causar un augment de la temperatura de l'aigua al llarg d'un estrenyiment donat del corrent. Això resulta en una menor capacitat del corrent per dissoldre oxigen.
Nivells Esperats
La unitat mg/L2 és la quantitat d'oxigen gasós
dissolt en un litre daigua. Quan es relacionen els mesuraments de DO amb els nivells mínims requerits pels organismes aquàtics, es fa servir la unitat mg/L. El procediment descrit en aquest document cobreix l‟ús d‟un Sensor d‟Oxigen Dissolt per mesurar la concentració de DO en mg/L. La concentració d'oxigen dissolt pot variar des de 0-15 mg/L. Els corrents freds de muntanya probablement tindran concentracions de DO des de 7 fins a 15 mg/L, depenent de la temperatura de l'aigua i de la pressió de l'aire. En els menors abasts, els rius i corrents poden exhibir una concentració de DO entre 2 i 11 mg/L.
Quan s'analitza la qualitat de l'aigua d'un corrent o riu, és convenient fer servir una unitat diferent de mg/L. El terme percentatge de saturació sovint es fa servir per a les comparacions de la qualitat de l'aigua. El percentatge de saturació és la lectura d'oxigen dissolt en mg/L dividit pel 100% del valor d'oxigen dissolt per a l'aigua (a la mateixa temperatura i pressió de l'aire). La manera com el percentatge de saturació es relaciona amb la qualitat de l'aigua s'indica a la Taula 2. En alguns casos, l'aigua pot excedir el 100% de saturació i esdevé supersaturada per curts períodes de temps.
Resum de Mètodes
L'oxigen dissolt es pot mesurar directament al lloc o en mostres d'aigua transportades des del lloc. Els mesuraments es poden realitzar al lloc, ja sigui col·locant el Sensor d'Oxigen Dissolt directament al corrent lluny de la riba o recol·lectant una mostra d'aigua amb un contenidor o flascó per després fer els mesuraments amb el Sensor d'Oxigen Dissolt de tornada la riba. Les mostres d'aigua recol·lectades al lloc i transportades de tornada al laboratori en ampolles tancades s'han d'emmagatzemar en recipients amb gel o en una nevera fins al moment en què es prenguin els mesuraments. El transport de mostres no es recomana, ja que es redueix l'exactitud dels resultats de l'assaig. C9C
- La supersaturació pot ser perjudicial per als organismes aquàtics. Pot conduir a la malaltia anomenada Malaltia de Bombolles de Gas.
- La unitat mg/L és numèricament igual a la denominada parts per milió o ppm.
Oxigen Dissolt¨C10C
¨C11C
Com treballa el Sensor d'Oxigen Dissolt
membrane¨C12C
membrana
platinum (cathode)
¨C13C
Ag/AgCl (anode)
KCl (aq)
Barret de membrana
| ¨C14C |
El Sensor d'Oxigen Dissolt és un elèctrode polarogràfic de tipus Clark que mesura la concentració de l'oxigen dissolt en aigua i solucions aquoses. Un càtode de platí i un ànode de referència de plata/clorur de plata en un electròlit de KCl estan separats de la mostra per una membrana plàstica permeable al gas.
¨C15C
membrane cap¨C16C
L'elèctrode de platí té aplicat un voltatge fix. L'oxigen es redueix mentre es difon a través de la membrana cap al càtode:
½ O2 + H2O + 2e- 2 OH-
L'oxidació que té lloc a l'elèctrode de referència (ànode) és:
Ag + Cl- AgCl + e-
D'acord amb això, flueix un corrent que és proporcional a la taxa de difusió de l'oxigen, i per tant, a la concentració de l'oxigen dissolt a la mostra. Aquest corrent es converteix a un voltatge proporcional, que amplificat i llegit per una de les interfícies de Vernier.
¨C17C
Emmagatzematge del Sensor d'Oxigen Dissolt
Seguiu aquests passos quan emmagatzemeu l'elèctrode:
- Emmagatzematge per llarg temps (més de 24 hores): Retira la gorra de membrana i renta l'interior i exterior de la membrana amb aigua destil·lada. Espolsa la gorra de membrana per assecar-la. Renta i asseca també els elements interiors de l'ànode i el càtode exposats (asseca'ls amb paper absorbent de laboratori). Reinstal·la la gorra de membrana acuradament al cos de l'elèctrode per emmagatzemar-la. No ho enrosquis prement massa.
- Emmagatzematge per curt temps (menys de 24 hores): Emmagatzemeu el Sensor d'Oxigen Dissolt amb l'extrem de la membrana submergit en aproximadament 1 polzada d'aigua destil·lada.
Compensació Automàtica de Temperatura
El Sensor d'Oxigen Dissolt de Vernier té compensació automàtica de temperatura perquè utilitza un termistor inclòs al cos del sensor. La sortida de temperatura daquest sensor sutilitza per compensar automàticament els canvis que es produeixen en la permeabilitat de la membrana a causa de canvis en la temperatura. Si el sensor no tingués compensació per temperatura, notaria un canvi en la lectura de l'oxigen dissolt a mesura que canvia la temperatura, encara que la concentració real de l'oxigen dissolt en la solució no canviés.
Aquí presentem dos exemples de com treballa la compensació automàtica de temperatura:
- Si calibreu el Sensor d'Oxigen Dissolt al laboratori a 25° C i 760 mm Hg de pressió baromètrica (assumint que la salinitat és menyspreable), el valor que heu d'introduir per al punt de calibratge d'oxigen saturat ha de ser 8.36 mg/L (vegeu la Taula 3). Si anés a prendre una lectura en aigua destil·lada que està saturada d'oxigen mitjançant una agitació remenant amb rapidesa i energia, obtindria una lectura de 8.36 mg/L. Si la mostra d'aigua es refreda després fins a 10 ° C sense agitació addicional, l'aigua no continuaria saturada (l'aigua freda pot suportar més oxigen dissolt que l'aigua calenta). Per tant, la lectura del Sensor d'Oxigen Dissolt amb compensació de temperatura hauria de ser 8,36 mg/L.
- Si la solució es refreda, però, fins a 10° C i s'agita constantment de manera que estigui saturada per la dissolució d'oxigen addicional, la compensació de temperatura del sensor hauria de produir una lectura de 11.35 mg/L que és el valor mostrat a la Taula 3. Nota: La compensació de temperatura no vol dir que la lectura duna solució saturada serà la mateixa a dues temperatures diferents, ja que les dues solucions té diferents
concentracions d'oxigen Oxigen dissolt saturat vs. Temperatura
dissolt i les lectures del sensor han de reflectir aquesta diferència.
¨C19C
Prenent Mostres a Aigua Salada Oceànica oa Estuaris
(a nivells de salinitat més grans que 1000 mg/L)
La concentració d'oxigen dissolt per a l'aigua saturada d'aire a diversos nivells de salinitat, DO(sal), es pot calcular usant la fórmula:
DO(sal) = DO – (k•S)
- DO(sal) és la concentració d'oxigen dissolt (en mg/L) en solucions d'aigua salada.
- DO és la concentració d'oxigen dissolt per a l'aigua destil·lada saturada d'aire com determina la Taula 3.
- S és el valor de la salinitat (en ppt). Els valors de salinitat es poden determinar usant l'elèctrode selectiu a Ion Clorur de Vernier o el Sensor de Conductivitat com es descriu a l'activitat 40.Oxigen Dissolt¨C20C
- k és una constant. El valor de k varia segons la temperatura i es pot determinar de la Taula 5.
| Taula 5: Valors de la constant de correcció de salinitat | |||||||
| Temp. (°C) | Constant, k | Temp. (°C) | Constant, k | Temp. (°C) | Constant, k | Temp. (°C) | Constant, k |
| 1 | 0.08796 | 8 | 0.06916 | 15 | 0.05602 | 22 | 0.04754 |
| 2 | 0.08485 | 9 | 0.06697 | 16 | 0.05456 | 23 | 0.04662 |
| 3 | 0.08184 | 10 | 0.06478 | 17 | 0.05328 | 24 | 0.04580 |
| 4 | 0.07911 | 11 | 0.06286 | 18 | 0.05201 | 25 | 0.04498 |
| 5 | 0.07646 | 12 | 0.06104 | 19 | 0.05073 | 26 | 0.04425 |
| 6 | 0.07391 | 13 | 0.05931 | 20 | 0.04964 | 27 | 0.04361 |
| 7 | 0.07135 | 14 | 0.05757 | 21 | 0.04854 | 28 | 0.04296 |
Exemple: Determineu el valor de calibratge d'oxigen saturat DO a la temperatura de 23° C ia la pressió de 750 mm Hg, quan el Sensor d'Oxigen Dissolt s'usa a l'aigua de mar amb un valor de salinitat de 35.0 ppt.
Primer cal trobar el valor d'oxigen dissolt a la Taula 3 (DO=8.55 mg/L). Després cal trobar el valor de k a la Taula 5 a 23° C (k = 0.04662). Després cal substituir aquests valors, així com el valor de la salinitat, a l'equació prèvia:
DO(sal) = DO – (k•S) = 8.55 – (0.04662 • 35.0) = 8.55 – 1.63 = 6.92 mg/L
Utilitzeu el valor 8.46 mg/L quan feu el punt de calibratge de saturació de DO (aigua saturada d'aire), com es descriu al Pas 6. El Sensor d'Oxigen Dissolt serà calibrat ara per donar el valor correcte de les lectures de DO en mostres daigua salada amb una salinitat de 35.0 ppt.
Important: Per a la majoria dels assaigs d'oxigen dissolt, no cal compensar per salinitat; per exemple, si el valor de salinitat és 0.5 ppt, usant 25° C i 760 mm Hg, el càlcul per al DO(s) hauria de ser:
DO(sal) = DO – (k•S) = 8.36 – (0.04498 • 0.5) = 8.36 – 0.023 = 8.34 mg/L
A nivells de salinitat menors que 1.0 ppt, menysprear aquesta correcció significa un error de menys que el 0.2%.
