Syrgas

Varför mäter man syrgas?

Halten löst syre i vatten mäts ofta på laboratorier över hela världen.

Detta av flera anledningar, då bland annat övergödning leder till minskad halt löst syre i våra vattendrag och sjöar.
Syrgashalt kan i dessa fall mätas direkt i fält med en syrgaselektrod. Särskilt lämpade för fältmätningar är våra optiska modeller.
Andra vanliga analyser är BOD (biochemical oxygen demand) och COD (chemical oxygen demand).
Dessa bygger på att mäta syreförbrukningen över tid vilket ger en indikation på mängd biologiskt och organiskt material i lösning.

Det kan också vara intressant att mäta syrgashalt i ultrarent vatten (exempelvis processvatten till ångpannor eller liknande).
Ultrarent vatten kan lösa mer syre än vanligt vatten och man vill i dessa system hålla nere halterna för att undvika korrosionsproblem.

Luften anses konstant innehålla en viss mängd syrgas (ca 20.9%). När luft kommer i kontakt med vatten, löser sig en del av detta syre. Hur mycket som löser sig beror på flera olika faktorer, exempelvis tiden det tar för att systemet skall uppnå jämvikt, vattentemperaturen, vattnets saltinnehåll (salinitet), om det finns substanser i vattnet som konsumerar syrgas etc. Eftersom syrgasinnehållet i vatten är viktigt för biologiska och kemiska processer är det nödvändigt att kunna kontrollera halten. Syrgashalten mättes förr oftast med en s.k. “Winklertitrering” vilken är både tidskrävande och använder aggressiva kemikalier. Man har numera mestadels övergått till syrgaselektroder.

Syrgaselektroder är vanligen baserade på ett genomsläppligt organiskt membran för direktmätning av halten. Syre diffunderar genom membranet och reduceras elektrokemiskt vid katoden, en s.k. Clark-elektrod. Spänningen mellan anod och katod är konstant och med en styrka så att endast syre reduceras. Ju högre syrets partialtryck är desto mer syrgas diffunderar in i membranet. Detta resulterar i en ändring av strömstyrkan som är proportionell mot syrehalten i provet.

Fig 1. Clark-elektrodens uppbyggnad.

En nyare typ av syrgaselektrod är den s.k. optoden (eng. “optode” ). Orion kallar sin elektrod med denna teknik för RDO, rugged dissolved oxygen. Denna elektrod bygger i stället på optoelektronik, dvs ljus, och har flera fördelar gentemot Clark-elektroden. Till skillnad från Clark-elektroden behöver denna sensor inte “värmas upp” utan kan användas direkt. Syrgas förbrukas heller inte vid mätning och omrörning är därför inte nödvändig. Dessa egenskaper gör denna elektrodtyp särskilt lämplig för mätningar vid mycket låga halter samt i fält.

Fig 2. Teorin bakom optisk syrgasmätning. Mängden ljus som absorberas av fotodioden(gul) är direkt proportionellt mot mängd syrgas i kontakt med membranet (lumiforen).

Koncentrationen av syrgas uttrycks vanligen i milligram per liter (mg/l) vatten, dvs ppm. Elektroden mäter partialtrycket syrgas. För ett givet partialtryck av syrgas i luft kommer koncentrationen i mättat rent vatten att vara fixerat vid varje given temperatur. Resultat från syrgasmätningar i rent vatten har samlats genom åren. Dessa resultat är inbyggda i moderna syrgasmätare som automatiskt kompenserar för temperaturen. Vid närvaro av salt fås en minskad mängd löst syrgas beroende på salthalten. Även här är resultat samlade för olika salthalter och ett modernt instrument kan korrigera för salthalten.