วัดปริมาณออกซิเจนในน้ำด้วย DO meter ตอนที่ 2 การใช้งานและการบำรุงรักษา

เรียบเรียงโดย เอกดนัย กอกิมพงษ์
เอกสารอ้างอิง
1. ไพฑูรย์ หมายมั่นสมสุข, การวิเคราะห์ปริมาณออกซิเจนละลายและบีโอดี,
การวิเคราะห์น้ำเสียเบื้องต้น, กรมโรงงานอุตสาหกรรม
2. Dissolved Oxygen – Temperature HD2109.1, Instructions manual,
DELTA OHM SRL
3. Dissolved Oxygen Sensor, Instruction Manual, Quantum Analytical Instruments
4. http://sensors-transducers.globalspec.com/LearnMore/
Sensors_Transducers_Detectors/Analytical_Sensors/
Dissolved_Oxygen_Instruments
5. http://www.thermorussell.com/techox.htm
6. http://www.eutechinst.com/tech-tips.htm

ปริมาณออกซิเจนในน้ำเป็นดัชนีคุณภาพน้ำที่สำคัญซึ่งบ่งชี้ ถึงระดับคุณภาพของน้ำที่จะนำไปใช้ประโยชน์ DO meter เป็น เครื่องมือที่ใช้สำหรับวัดปริมาณออกซิเจนในน้ำ โดยมีหัววัดเป็น ส่วนที่ใช้จุ่มลงในตัวอย่างน้ำแล้วทำการตรวจวัด สำหรับรายละเอียดเบื้องต้นของเครื่อง DO meter ได้กล่าวถึงไปในตอนที่แล้ว ส่วนในตอนที่ 2 นี้ จะได้กล่าวถึง การใช้งาน การบำรุงรักษา และเทคโนโลยีของ DO meter ในปัจจุบัน         DO meter คือเครื่องมือวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำ โดยมีหัววัด (probe) 2 ชนิดคือ polarographic probe และgalvanic probe เป็นส่วนที่ใช้จุ่มลงในตัวอย่างน้ำ ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีขึ้นภายในหัววัด และแปลผลออกมาทางหน้าจอของ DO meter สำหรับวิธีการตรวจวัดนั้นมีขั้นตอน ปฏิบัติหลายอย่าง ผู้ใช้จึงควรเข้าใจถึงกระบวนการและขั้นตอนการทำงานของเครื่องก่อนใช้งาน นอกจากนี้ ผู้ใช้ควรบำรุงรักษาเครื่อง DO meter โดยเฉพาะส่วนของหัววัดอยู่อย่างสม่ำเสมอ และใช้งานอย่างระมัดระวัง เพื่อให้ผลการวัดออกมาอย่างถูกต้องไม่คลาดเคลื่อน และยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือ

การใช้งานเครื่อง Do Meter ในการวัดปริมาณในบ่อบำบัดน้ำเสีย

การใช้งานเครื่อง DO meter
ข้อปฏิบัติในการใช้งาน
การวัดปริมาณออกซิเจนในน้ำโดยเครื่อง DO meter มีขอ้ ปฏิบัติหลายอย่าง ดังนี้
1. เมื่อจุ่มหัววัดลงไปในตัวอย่างน้ำควรจุ่มให้ลึกอย่างน้อยประมาณ 10 เซนติเมตร และรอประมาณ 2-3 นาที จนค่าที่ออกมาจากผลการวัดบนหน้าจอนิ่ง
2. เมื่อจุ่มหัววัดลงในตัวอย่าง ตรวจสอบว่ามีฟองอากาศเกาะอยู่บริเวณหัววัดที่สัมผัสกับตัวอย่างหรือไม่ ถ้ามีให้กำจัดออก
3. เมื่อต่อหัววัดเข้ากับเครื่อง DO meter ควรรอสักระยะหนึ่งจนกระทั่งค่าที่อ่านได้บนหน้าจอของเครื่อง DO meter นิ่ง ทั้งนี้เพื่อรอให้หัววัดขับออกซิเจนที่ละลายอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ออกให้หมดก่อน สำหรับหัววัดชนิด polarographic จะต้องรอให้เกิดการ polarize ก่อน จึงจะนำหัววัดไปใช้งานได้
4. การต่อหัววัดเข้ากับเครื่อง DO meter นั้น หัววัดจะทำงานอยู่ตลอดเวลา แม้ว่าจะหยุดการทำงานของเครื่องไปแล้ว จึงทำให้การวัดสามารถเกิดขึ้นได้ทันทีที่เปิดเครื่องขึ้นมาใหม่
5. เมื่อไม่จำเป็นต้องใช้งานเครื่อง DO meter เป็นเวลานานๆ ควรถอดหัววัดออกจากเครื่อง เพื่อป้องกันการเกิดปฏิกิริยา
ภายในหัววัด เพราะจะเป็นสิ้นเปลืองอิเล็กโทรไลต์โดยไม่จำเป็น
6. เมื่อวัดตัวอย่างน้ำไหล (running water) เช่น น้ำในลำธารจะต้องตรวจสอบความเร็วในการไหล (flow speed) ของน้ำด้วย (อย่างน้อย 0.2 หรือ 0.3 เมตร ต่อ วินาที) หลังจากการวัด ให้ล้างหัววัดด้วยน้ำสะอาด (เช่น น้ำกลั่น) ก่อนเก็บ
7. ถ้าตัวอย่างอยู่ในภาชนะบรรจุ ควรทำการกวนเพื่อให้ตัวอย่างอยู่ในสภาวะที่มีการไหลเวียนอยู่ตลอดเวลาเพราะการกวน
จะช่วยให้ออกซิเจนที่ละลายอยู่ในตัวอย่างกระจายตัวและช่วยกำจัดหรือลดฟองอากาศภายในตัวอย่างได้ ซึ่งการกวนสามารถทำได้โดยใช้เครื่องกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (magnetic stirrer) โดยปรับความเร็วที่ใช้กวนให้เหมาะสม และคอยระวังการเกิดฟองอากาศมาเกาะที่ปลายหัววัด
8. ของเหลวที่ใช้สำหรับเก็บหัววัด ต้องมีการเปลี่ยนอย่างสม่ำเสมอ เพื่อป้องกันความผิดพลาดจากการวัดซึ่งเป็น ผลมาจากออกซิเจนในของเหลวที่สัมผัสกับ membrane

การปรับเทียบมาตรฐาน (Calibration)
        ก่อนการใช้งานเครื่อง DO meter จะต้องมีการปรับเทียบมาตรฐานทุกครั้ง เพื่อให้ผลการวัดปริมาณออกซิเจนละลายออกมาถูกต้อง โดยการปรับเทียบนี้สามารถทำได ? 2 วิธี คือ การปรับเทียบกับสารละลายโซเดียมซัลไฟด์ และ การปรับเทียบจากอากาศที่อิ่มตัวด้วยไอน้ำ

การปรับเทียบกับสารละลายโซเดียมซัลไฟด์
       วิธีนี้เป็นการปรับเทียบกับสารละลายโซเดียมซัลไฟด์ 6% ซึ่งเตรียมได้จากการละลายโซเดียมซัลไฟด์ (Na2SO3) 6 กรัม ในน้ำ 100 กรัม โดยโซเดียมซัลไฟด์จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ดังนี้

2Na2SO3 + O2 ----------> 2Na2SO4

       จากสมการจะเห็นได้ว่า ออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับโซเดียมซัลไฟด์และกลายเป็นโซเดียมซัลเฟตทั้งหมด ซึ่งจะทำใหัสารละลายนี้ไม่มีออกซิเจนละลายอยู่เลย ดังนั้น จึงสามารถนำมาใชป้ รับเทียบมาตรฐานได้ โดยการจุ่มหัววัดลงในสารละลายแล้วอ่านค่าและปรับให้เป็นค่ามาตรฐาน เรียกวิธีสอบเทียบวิธีนี้อีกอย่างหนึ่งว่า zero calibration

การปรับเทียบจากอากาศที่อิ่มตัวด้วยไอน้ำ         วิธีนี้เป็นการปรับเทียบมาตรฐานกับ อากาศที่อิ่มตัวด้วยไอน้ำ (water-saturation air method) โดยวางหัววัดให้อยู่กึ่งกลาง vortex ของน้ำ (ไม่ได้จุ่มอยู่ในน้ำ) ซึ่งสร้างได้จาก เครื่องกวน แท่งกวน บีกเกอร์ น้ำกลั่น และขาจับหัววัด เพื่อให้หัววัดสามารถวางตัวอยู่ในตำแหน่งเหนือน้ำได้ การปรับเทียบมาตรฐานวิธีนี้มีหลักการ คือ เมื่ออยู่ภายใต้สภาวะสมดุล ความดันของออกซิเจนในair-saturated water นั้นจะสมดุลกับความดันของออกซิเจนใน water-saturated air เช่น อากาศที่ความชื้นสัมพัทธ์ 100% ซึ่งหมายความว่าหัววัดที่ทำการปรับเทียบใน water-saturated air จะสามารถอ่านค่าความดันของออกซิเจนในน้ำได้อย่างถูกต้องการบำรุงรักษา ในการใช้งานเครื่อง DO meter นั้น นอกจากการใช้งานให้ถูกต้องและถูกวิธีแลว้ การบำรุงรักษาก็เปน็ สิ่งหนึ่งที่ควรทำอยูอย่างงสม่ำเสมอ โดยเฉพาะส่วนของหัววัด เพราะเป็นส่วนที่มีการเกิดปฏิกิริยาเคมีภายใน ซี่งมีการใช้อิเล็กโทรไลต์ ทำให้เมื่อเวลาผ่านไปสารละลายอิเล็กโทรไลต์ก็จะเริ่มเสื่อมสภาพจึงจำเป็นต้องเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์ในหัววัด เพื่อรักษาการทำงานให้คงเดิม นอกจากนี้ การใช้งานอย่างไม่ระมัดระวังก็อาจทำให้ membrane และตัวแท่งหัววัด (บางชนิดเปน็ แก้ว) เกิดความเสียหายได้ การตรวจสอบสภาพหัววัด         แท่งหัววัด (probe body) บางชนิดจะทำดว้ ยแกว้ (ปจั จุบันสว่ นใหญ่ทำมาจากพลาสติก) โดยมีอิเล็กโทรดและสารละลายอิเล็กโทรไลต์อยู่ภายใน และมี membrane หุ้มอยู่ที่ส่วนปลายเพื่อเป็นทางผ่านของออกซิเจน หากเกิดรอยแตกหรือรอยร้าวขึ้นจะต้องเปลี่ยนทันทีและถ้า membrane เกิดความเสียหายหรือสกปรกก็ต้องเปลี่ยนทันทีเช่นกัน โดยในขณะที่เปลี่ยน membrane นั้น (มักทำพร้อมกับการเปลี่ยนสารละลายอิเล็กโทรไลต์) จำเป็นจะต้องคลายเกลียวของหัววัดออก ขั้นตอนนี้ควรทำอย่างระมัดระวังที่สุด ทั้งนี้เพื่อเป็น การป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น การเปลี่ยนสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ดังที่ได้กล่าวไปข้างต้นแล้วว่า ในการใช้งานหัววัดนั้นสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะถูกใช้ในการทำปฏิกิริยา ทำให้เมื่อเวลาผ่านไปสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะเสื่อมสภาพ จึงต้องทำการเปลี่ยน ซึ่งขั้นตอนการเปลี่ยนสามารถทำได้ ดังนี้ 1. ถอดหัววัดออกจากเครื่อง DO meter 2. คลายเกลียวบริเวณปลายของหัววัดออก 3.เปลี่ยนสารละลายอิเล็กโทรไลต์โดยการเติมสารละลายอิเล็กโทรไลต์ลงไป จนถึงระดับ    Filling level ตามรูป ถ้าจำเป็น อาจทำการเปลี่ยน membrane ในขั้นตอนนี้ด้วยได้ 4. ถ้าพบฟองอากาศ ให้กำจัดออกให้หมด 5.ใส่หัวกลับเข้าที่เดิมอย่างระมัดระวังหลังจากการเปลี่ยนสารละลายอิเล็กโทรไลต์หรือ     membrane แล้ว ต่อหัววัดเข้ากับเครื่องแล้วรอประมาณ 15 นาที จึงจะสามารถนำไปวัด     ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำต่อได้	ส่วนประกอบภายในหัววัด
การเปลี่ยนสารละลายอิเล็กโทรไลต์
เทคโนโลยีในปัจจุบัน Automatic Temperature Compensation (ATC)         เทคโนโลยีนี้มีขึ้นเพื่อชดเชยและปรับความคลาดเคลื่อนของผลการวัดจากอุณหภูมิของตัวอย่างน้ำเพราะอุณหภูมิมีผลต่อการผ่าน เข้าออกของออกซิเจนใน membrane ของหัววัด เพื่อเป็นการแก้ปัญหาความคลาดเคลื่อนนี้ เครื่อง DO meter จึงมีการนำเทคโนโลยี Automatic Temperature Compensation (ATC) มาใช้ โดยหัววัดที่สามารถใช้ ATC ได้จะต้องเป็นหัววัดที่สามารถวัดได้ทั้งปริมาณออกซิเจนและอุณหภูมิได้ (electrode with build-in temperature sensor)  การปรับค่าความคลาดเคลื่อนโดย ATC นี้จะปรับค่าของปริมาณออกซิเจนที่อ่านได้ตามอุณหภูมิ โดยมี correction chart เป็นแผนภูมิบอกค่าความถูกต้อง ซึ่ง chart นี้มีทั้ง chart ที่ใช้กับน้ำจืด และน้ำทะเล Luminescent Dissolved Oxygen (LDO sensor)         หัววัดชนิดนี้ต่างจากเทคโนโลยีหัววัดออกซิเจนชนิดอื่น เพราะหัววัดชนิดนี้ไม่ได้ใช้ออกซิเจนในการเกิดปฏิกิริยา แต่หัววัด ชนิดนี้จะมีสารประเภทลูมิเนสเซนเคลือบอยู่ไว้บริเวณปลายหัววัดโดยเมื่อแสงสีฟ้าจากหลอด LED ภายในหัววัดเรืองแสง จะทำให้เกิดปฏิกิริยาลูมิเนสเซนของสารเคลือบบนผิวของหัววัด โดยสารลูมิเนสเซนจะถูกกระตุ้นทันทีจากสภาวะพื้น แล้วปล่อย แสงสีแดงออกมา ซึ่งแสงสีแดงนี้จะถูกตรวจจับโดย photodiode และวัดเวลาที่เกิดปฏิกิริยาจนกระทั่งกลับสูส่ ภาวะพื้น โดยความเข้มข้นของออกซิเจนจะแปรผกผันกับเวลาที่ทำให้สารลูมิเนสเซนกลับสู่สภาวะพื้น กล่าวคือยิ่งมีออกซิเจนมากเวลาที่เกิดการเรืองแสงจะสั้นแต่หากมีออกซิเจนน้อยเวลาที่ใช้ในการเรืองแสงจะนาน เทคโนโลยีนี้พบได้ในหัววัดของ HACH, USA ด้วยเหตุผลที่หัววัดชนิดนี้ไม่ได้ใช้ออกซิเจนในการเกิดปฏิกิริยา ดังนั้น จึงไม่จำเป็นต้องเปรียบเทียบมาตรฐาน (calibration) ใหม่หรือทำความสะอาดบ่อยๆ (ยกเว้นเมื่อใช้งานกับของเหลวที่มีความหนืด) จึงเป็นผลให้มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า และให้ผลการวัดที่มีความเสถียรและแม่นยำกว่า ทั้งการวัดในระบบที่มีการไหลและไม่มีการไหลของน้ำ 3-Electrode polarographic probe         หัววัดชนิด polarographic นั้นเป็นหัววัดที่ต้องได้รับแรงดันไฟฟ้าจากภายนอกก่อนจึงจะสามารถนำไปใช้วัดได้ ซึ่งแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในการ polarize ก็จะส่งผ่านมาเข้าสู่ขั้วแคโทดและแอโนด เมื่อนำไปใชง้ าน ออกซิเจนที่ละลายในน้ำจะเข้าสู่กระบวนการผ่านทางช่องของ membrane เข้าสู่สารละลายอิเล็กโทรไลต์และจะถูกรีดิวซ์ที่ขั้วแคโทด แล้วจึงวัดผลที่ได้ออกมา ซึ่งการเกิดปฏิกิริยาภายในหัววัดนี้จะทำให้ศักย์ไฟฟ้าภายในหัววัดเปลี่ยนไป และอาจทำให้ผลการวัดออกมาคลาดเคลื่อนได้ ดังนั้น จึงมีการนำอิเล็กโทรดที่ 3 มาใช้เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง เพื่อรัก ษาศักย์ไฟฟ้าระหว่างการวัดของอิเล็กโทรดให้คงที่ และมั่นใจได้ว่าการอ่านผลนั้นเสถียรมากพอซึ่งดีกว่าหัววัดระบบ 2 อิเล็กโทรดโดยทั่วไป ประโยชน์ของการวัดปริมาณออกซิเจนในน้ำ         การวัดปริมาณของออกซิเจนในน้ำ จะทำให้เราทราบถึงคุณภาพของน้ำ และมีผลการนำไปใช้ประโยชน์เพราะออกซิเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา เป็นตัวบ่งบอกประสิทธิภาพของกระบวนการสังเคราะห์ต่างๆ ที่สำคัญคือเป็นตัวบ่งชี้ซึ่งแสดงถึงสภาวะแวดล้อมของแหล่งน้ำ ประโยชน์ของการวัดปริมาณออกซิเจนที่สำคัญประกอบไปดว้ ย การบำบัดน้ำเสีย การผลิตไวน์ การเกิดปฏิกิริยาทางชีวภาพ และการควบคุมสภาวะแวดล้อมของน้ำ สรุป         เครื่อง DO meter เป็นเครื่องมือที่ใช้สำหรับวัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำ ซึ่งวัดได้จากการเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าภายในหัววัด การใช้งานเครื่อง DO meter ควรใช้ให้ถูกต้องตามวิธีการที่ถูกต้อง และควรตรวจสอบและบำรุงรักษาเครื่องมืออยู่อย่างสม่ำเสมอ ทั้งนี้เพื่อให้เครื่องมือสามารถวัดผลได้อย่าง งถูกต้อง แม่นยำ และสามารถใช้งานได้ยาวนาน	LDO Sensor

LAB.TODAY
บทความบางส่วนติดตามได้ในเล่ม
เว็บไซต์ที่เกี่ยวข้อง www.vertichrom.com, www.ligandsci.com