Comment mesurer l’oxygène dissous ?

Dans l'eau, l'oxygène gazeux est dissous sous forme oxygène dissous (OD) . C'est une indication importante de la qualité de l'eau et vitale pour la vie aquatique. L’industrie détermine les tests d’OD de l’eau. Vous devrez peut-être tester DO lorsque vous préparez de la bière ou mesurez l’oxygène dissous dans les eaux usées. La qualité de l’eau et la santé des écosystèmes aquatiques dépendent de l’oxygène dissous. De nombreuses espèces aquatiques périssent dans les zones mortes causées par de faibles niveaux d'OD.

Les niveaux d'OD nous permettent de mesurer la matière organique biodégradable et la demande biologique en oxygène dans le traitement des eaux usées. Les deux tests suggèrent la qualité de l'eau. L'oxygène sursaturé dans l'eau est tout aussi dommageable. L'atmosphère et la photosynthèse produisent du DO dans l'eau, qui est influencé par la température, la salinité et la pression atmosphérique.

Mesure de l'oxygène dissous Techniques

La mesure de niveaux d'oxygène dissous  dans divers environnements, utilise une gamme de méthodes, largement classées en techniques modernes basées sur des capteurs et en méthodes chimiques traditionnelles. La méthode la plus avancée et la plus couramment utilisée fait appel à des capteurs, optiques ou électrochimiques, connus pour leur précision et leur convivialité. Ces capteurs se connectent aux compteurs pour des lectures immédiates en laboratoire ou à des enregistreurs de données et des moniteurs pour une observation continue en milieu naturel.

Capteurs électrochimiques

Les capteurs électrochimiques sont divisés en types polarographiques, polarographiques pulsés et galvaniques, souvent intégrés dans des systèmes de capteurs intelligents dotés de sorties numériques. Polyvalents dans leurs applications, ces capteurs conviennent aussi bien aux analyses en laboratoire qu'à la surveillance environnementale à long terme. Lors de l'enregistrement des données, Compteurs d'oxygène dissous , des sondes de qualité de l'eau ou des enregistreurs de données sont utilisés.

La précision de ces mesures nécessite une compensation des facteurs environnementaux tels que la température, la pression et la salinité. Les réglages peuvent être manuels ou automatiques, à l'aide d'appareils équipés de thermistances pour la mesure de la température et d'options pour les réglages de la pression barométrique. Les impacts de la salinité sont traités par des mesures de conductivité ou une saisie manuelle. En revanche, la méthode colorimétrique offre une alternative plus simple, quoique moins précise, pour estimer niveaux d'oxygène dissous , avec des procédures spécifiques pour différentes plages de concentrations. La méthode de titrage Winkler, autrefois considérée comme la référence, existe désormais sous plusieurs formes modifiées. Malgré son exactitude historique, il est plus sensible aux erreurs humaines et moins pratique pour une utilisation sur le terrain.

Les procédures d'étalonnage et de fonctionnement varient selon les appareils et les fabricants, soulignant la nécessité de consulter des manuels d'instructions spécifiques. De plus, la salinité de l'eau, allant de l'eau douce (< 0,5 ‰) à la saumure (> 50 ‰), avec des variations niveaux d'oxygène dissous pour l'eau saumâtre et l'eau de mer, joue un rôle crucial dans l'étalonnage et la précision des mesures.

Méthode titrimétrique

Cette approche implique le titrage, un processus dans lequel une solution de concentration connue (le titrant) est utilisée pour déterminer la concentration d'une autre solution (l'échantillon). Dans le cas de la méthode Winkler, qui utilise des titrages iodométriques, l'iode sert d'indicateur, apparaissant ou disparaissant après le titrage, indiquant les niveaux d'OD dans l'échantillon d'eau.

Étapes et considérations clés:

● Des échantillons d'eau sont collectés et immédiatement traités avec des réactifs spécifiques pour "réparer" l'échantillon, car l'exposition à l'air et à l'agitation peut modifier oxygène dissous (OD) niveaux.

● À l'aide d'un flacon DBO spécialisé qui se ferme sans emprisonner l'air, la concentration en OD de l'échantillon titré est mesurée. La précision de cette méthode dépend de la relation proportionnelle entre la solution titrée et l’échantillon d’eau.

Malgré son importance historique, la méthode Winkler est sujette à des inexactitudes, à une contamination potentielle des échantillons et à des erreurs humaines. Ces limitations ont stimulé le développement de techniques plus avancées et plus fiables.

Sondes/capteurs galvaniques

Ces sondes à membrane sont constituées de deux pièces métalliques avec des potentiels d'électrode différents, fonctionnant de la même manière qu'une batterie. L'oxygène se diffuse à travers une membrane semi-perméable dans un électrolyte tamponné à l'intérieur du capuchon de la sonde, où il réagit avec la cathode (généralement de l'argent), gagnant un électron de l'anode (généralement du zinc ou du plomb). Cette réaction génère une tension, permettant au compteur connecté de traduire le courant en un oxygène dissous (OD) valeur de concentration. L’un des principaux avantages des capteurs galvaniques est l’absence de période de préchauffage requise, grâce à l’autopolarisation.

Ces méthodes électroanalytiques avancées fournissent des mesures continues et en temps réel de l'OD dans l'eau, exploitant les réactions redox et offrant une facilité d'utilisation et une précision accrue par rapport aux méthodes traditionnelles comme la méthode Winkler.

Sondes/capteurs polarographiques

Les sondes polarographiques fonctionnent différemment de leurs homologues galvaniques. Ils comportent également une fine membrane semi-perméable, mais la principale distinction réside dans leur fonctionnement.:

● Contrairement aux sondes galvaniques qui agissent comme une pile, les sondes polarographiques appliquent une tension entre une anode en argent et une cathode en or. Cette tension sert de catalyseur, provoquant une réaction de l'oxygène.

● Lorsque l’oxygène interagit avec la cathode, il gagne un électron, créant ainsi un courant utilisé pour déterminer la concentration de DO.

Les capteurs polarographiques sont en outre classés en types à régime permanent et à impulsions rapides.:

●  Capteurs en régime permanent:  Ces capteurs permettent la mesure de l'OD sans qu'il soit nécessaire d'agiter l'échantillon d'eau.

●  Capteurs à impulsions rapides:  Semblable à l’état stable mais avec une troisième électrode en argent ajoutée. Ces capteurs fonctionnent par intermittence, permettant à l'oxygène de se reconstituer à la surface de la cathode. Cette action pulsée élimine le besoin d’agiter l’échantillon.

Les deux types s’appuient sur une tension constante pour polariser les électrons et mesurer le DO.

Méthode colorimétrique

Cette méthode est basée sur des changements de couleur déclenchés par des réactions chimiques et se décline en deux variantes : Indigo Carmine et la méthode Rhodazine D.

Méthode Indigo Carmin

Convient pour mesurer des concentrations de DO entre 0,2 et 15 ppm. Il produit une couleur bleue dont l’intensité est en corrélation avec la concentration en OD. Cette méthode nécessite une protection contre la lumière vive pour préserver le réactif et n'est pas influencée par la salinité, la température ou d'autres gaz dissous. Cependant, certaines substances comme le fer ferrique et le nitrate peuvent affecter sa précision. Les résultats sont généralement obtenus en 30 secondes à 2 minutes, selon la plage de concentrations.

Méthode Rhodazine D

Conçue pour des concentrations d'OD beaucoup plus faibles (niveaux ppb), cette méthode réagit avec oxygène dissous (OD) pour produire une solution de couleur rose ou rosée. Bien qu'il soit résistant aux interférences de la salinité ou des sulfures, les agents oxydants peuvent provoquer des inexactitudes en affichant des lectures élevées de DO. Une analyse rapide est essentielle, car la réaction doit être mesurée dans les 30 secondes suivant l’ajout du réactif.

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