Одним из самых жизненно важных ресурсов для нашей планеты является вода. В условиях постоянно растущего населения крайне важно, чтобы мы следили за качеством воды в окружающей среде, чтобы мы могли обнаруживать изменения и принимать необходимые меры.

В этой статье будут обсуждаться ключевые моменты измерения качества воды и способы калибровки приборов в полевых условиях для получения наилучших результатов.

Что означает качество воды?

Качество воды - это показатель пригодности воды для использования в определенных целях, таких как плавание, сельское хозяйство или производство электроэнергии. Вода, которая считается непригодной для одного применения, может быть вполне приемлемой для другой цели. Качество - это характеристика физических, биологических и химических характеристик воды, основанная на ключевых условиях. Эти условия могут варьироваться в зависимости от местоположения, например, в разных точках реки или по времени в зависимости от климата. Поверхностные и подземные воды также могут влиять на качество друг друга, поскольку они связаны на уровне грунтовых вод. Важно признать, что на качество воды могут отрицательно повлиять как природные, так и антропогенные факторы. Регулярный мониторинг источников воды может помочь выявить потенциальные проблемы до того, как они причинят серьезный вред.

Калибровка в полевых условиях

Калибровка приборов - важный шаг к получению точных и воспроизводимых результатов. В идеале вы должны откалибровать свое испытательное оборудование перед использованием в день отбора проб. Проверка после калибровки в конце дня может быть выполнена, чтобы определить, не отклонялся ли прибор от калибровки. В зависимости от характера вашего проекта вам может потребоваться выполнять более частые проверки калибровки в течение дня в дополнение к проверке в конце дня. Помните, что используйте только свежие стандарты и чистые датчики, так как загрязнения могут отрицательно повлиять на ваши результаты. 

Каковы ключевые параметры для определения качества воды?

Существует ряд параметров, которые могут быть измерены для определения качества воды. Эти параметры могут быть мерой физических характеристик, таких как рН, электропроводность или температура. Указание уровней различных питательных веществ в воде, таких как нитраты и фосфаты, или указание ключевых элементов и соединений в воде, таких как растворенный кислород ,отражает качество воды. Каждый параметр имеет некоторые общие стандарты и руководящие принципы для определения того, следует ли считать испытуемый образец приемлемым или опасным. Результаты этих тестов не обязательно являются абсолютными, поскольку их необходимо сравнивать с тем, что считается нормальным уровнем для водоема.

pH 

Что такое pH?

рН - это измерение относительной концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов в воде. Шкала колеблется от 0 до 14, причем 0 означает сильный кислотный раствор, а 14 - сильно щелочной.

Почему измерение рН так важно?

рН - это способ оценки пригодности воды для живых организмов растений и животных. Если вода стала слишком кислой или щелочной из-за природных или антропогенных загрязнителей, это может оказать глубокое негативное воздействие на водную флору и фауну. рН считается нормальным в водоеме, если он имеет значение от 5,0 до 9,0, но в идеале он должен находиться в диапазоне от 6,0 до 8,0.

Как измерять рН?

Обычные тесты pH, такие как наборы для химических тестов и pH-полоски, просты и недороги. Однако у них есть некоторые проблемы, которые могут привести к неточным результатам. Оба этих метода определения рН дают вам результаты, основанные на химической реакции, которая приводит к изменению цвета. Когда ваш образец бумаги или жидкости меняет цвет, вы сопоставляете его с предоставленным руководством по цвету и получаете свои показатели pH.

Более точным средством определения рН является использование рН-метра. При выборе рН-метра или измерителя существует ряд соображений, связанных как с электродом, так и с вторичным устройством. Обязательно найдите рН-метр и электрод, которые лучше всего подходят для полевых работ. 

pH калибровка в полевых условиях

Первое, что нужно сделать, это выбрать буферные растворы, которые будут заключать в рамки ваше ожидаемое значение. Что такое брекетинг? Также известная как двухточечная или многоточечная калибровка, брекетинг состоит из калибровки по двум точкам pH – одной выше и одной ниже желаемого диапазона pH. Например, если вы хотите измерить рН лимонного сока, который имеет рН около 2, вы можете использовать технические буферы 1.00 и 4.01 для двухточечной калибровки. Если рН вашей пробы воды неизвестен, то третья точка калибровки обеспечит наилучшую точность.

Процедура калибровки

1. Заполните стакан достаточным количеством калибровочного буфера pH, чтобы покрыть место погружения электродов (около 75 мл в стакане объемом 100 мл).

2. Поместите электрод в стакан, содержащий калибровочный буфер pH, и осторожно перемешайте.

3. Подтвердите точку калибровки, когда показания стабильны или когда цифры не меняются в течение по крайней мере 5 секунд.

4. Повторите процедуру для  дополнительных точек калибровки. Обязательно промывайте чистой водой между точками калибровки. Рекомендуется использовать по крайней мере две точки калибровки.

5. Калибровка завершена. Промойте зонд деионизированной водой и храните зонд в соответствии с инструкциями производителя.

Температура 

Что такое температура?

Температура - одно из самых распространенных измеряемых параметров в нашей повседневной жизни. В контексте качества воды температура может служить показателем условий жизни водных растений и животных. Теплые температуры, как правило, считаются благоприятными для роста водных популяций. Однако после определенного момента температура может иметь противоположный эффект, способствуя снижению биологического разнообразия в водоеме.

Почему температура имеет такое значение?

Водные организмы, такие как рыба и планктон, являются хладнокровными, поэтому температура воды оказывает прямое влияние на температуру их тела. У этих организмов есть диапазоны температур, в которых они могут выживать или процветать. Когда температура достигает верхнего предела своего диапазона для организма, биологическая активность будет на пике. Эта активность будет уменьшаться в нижней части диапазона. Если температура превышает допустимый диапазон для организма, доступный запас кислорода может быть слишком низким для поддержания жизни. Это связано с тем, что температура насыщения теплой воды кислородом намного ниже, чем у холодной воды. Если температура ниже допустимого диапазона, происходит недостаточная активность для выращивания вида. Высокие температуры также способствуют росту цветения водорослей. Кислород расходуется по мере того, как эти водоросли разлагаются бактериями, тем самым уменьшая доступную подачу растворенного кислорода.

Температура в водоеме меняется в зависимости от времени суток и количества солнечного света, нагревающего поверхность воды. Допустимые температуры также варьируются в зависимости от типа контролируемой реки или ручья. Это зависит от водораздела, питающего ручей. Например, если ручей питается из горного источника, естественная температура ручья может быть довольно прохладной (менее 68 градусов по Фаренгейту, или 20 градусов по Цельсию). Поток, который считается теплой водой, будет иметь среднюю температуру более 68 градусов по Фаренгейту, но менее 89 градусов по Фаренгейту(примерно 31 градус по Цельсию). На температуру также может влиять скорость потока водоема. Если поток воды увеличится, возможно, в результате обильных осадков, можно ожидать снижения температуры. Увеличенный ток оказывает охлаждающее действие на температуру воды.

Температурное загрязнение, также называемое тепловым загрязнением, может быть вызвано стоком воды, нагретой на асфальте или бетоне. Это также может быть из промышленных сточных вод, сбрасываемых в водоем, или воды, которая использовалась в качестве теплоносителя на атомных электростанциях. Эта вода значительно горячее, чем вода, в которую она сбрасывается, что может повысить общую температуру водоема. Температура также может быть связана с мутностью. Поскольку количество поглощаемого света увеличивается по мере того, как вода темнеет, температура будет повышаться.

Как измеряется температура?

Многие простые термометры используют термисторную технологию. Термистор - это полупроводниковое устройство, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. По мере повышения температуры сопротивление уменьшается. Это сопротивление, измеренное термистором, затем преобразуется в значение, отображаемое на шкале Цельсия или Фаренгейта. Термисторные датчики подходят для температурного диапазона от -50 ° до 150 °C (от -58 ° до 302 ° F).

Калибровка температуры

Многие счетчики откалиброваны на заводе для измерения температуры. Рекомендуется не реже одного раза в год проверять в лабораторных условиях правильность работы вашего датчика температуры.

Электропроводность (EC)/ Общее количество растворенных твердых веществ (TDS)

Что такое электропроводность?

Электропроводность (EC) измеряет, насколько хорошо вещество может пропускать электрический ток. Небольшие заряженные частицы, называемые ионами, помогают переносить электрический заряд через вещество. Эти ионы могут быть заряжены положительно или отрицательно. Чем больше доступных ионов, тем выше проводимость; меньшее количество ионов приведет к снижению проводимости. EC обычно указывается в миллиСименсах на сантиметр (мСм/см).

Общее количество растворенных твердых веществ (TDS) - это количество растворенных веществ в растворе. Это измерение считывает все растворенные неорганические и органические вещества в жидкости. Результаты этого считывания отображаются в миллиграммах на литр (мг/л), частях на миллион (ppm), граммах на литр (г/л) или частях на тысячу (ppt).

Почему необходимо измерять проводимость ?

Электропроводность (EC) является еще одним способом оценки качества воды, поскольку повышенное содержание общего количества растворенных твердых веществ (TDS), выраженное EC, может быть показателем загрязняющих веществ. На EC могут влиять карбонаты из известняка, искусственные загрязнители из точечных источников, такие как очистные сооружения, или искусственные загрязнители из неточечных источников, такие как септические системы или сельскохозяйственные стоки.

Высокие концентрации TDS могут снизить качество воды и вызвать проблемы с водным балансом у отдельных организмов. С другой стороны, низкие концентрации могут ограничить рост водной флоры и фауны. Некоторые из обсуждаемых эффектов для параметров кислотности и диоксида углерода имеют отношение к EC, например, его негативное влияние на фотосинтез. Это происходит потому, что повышенное содержание твердых веществ делает воду более мутной, что замедляет скорость фотосинтеза. EC обеспечивает индикацию общего количества растворенных твердых веществ, одним из компонентов которого является общее количество растворенных солей. Если уровень солей в TDS высок, это также может способствовать повышению кислотности воды. Однако, если уровень карбонатов в TDS высок, это может способствовать увеличению щелочности, что помогает защитить от изменений кислотности. Это хороший пример взаимосвязи между параметрами качества воды.

Допустимые уровни EC в реках и ручьях варьируются в зависимости от типа присутствующих растворенных твердых веществ, и это определяет использование ручья, например, для рыбной ловли, плавания или в качестве источника питьевой воды.

Важно понимать комбинацию между TDS и общим содержанием твердых веществ(TS). Общее количество твердых веществ относится ко всем твердым веществам, которые либо взвешены, либо растворены в воде. Растворенные твердые вещества не видны в воде, так как, будучи растворенными, они стали частью раствора. TDS - это измерение водорастворимых веществ, содержащихся в образце воды. В образце раствора, взятом из реки, эти растворенные вещества называются растворенными веществами, а вода называется растворителем.

Как мы измеряем проводимость?

Лучший способ измерить электропроводность - использовать контроллер EC. В раствор помещают два электрода с приложенным переменным напряжением. Это создает ток, зависящий от проводящей природы раствора. Контроллер считывает этот ток и отображает либо в проводимости (EC), либо в промилле (TDS).

Калибровка проводимости в полевых условиях

Важно откалибровать проводимость перед отбором пробы. Это связано с тем, что маслянистые покрытия и биологические загрязнения могут фактически изменять видимую геометрию ячейки, что приводит к изменению постоянной ячейки. Перед выполнением калибровки электропроводности всегда проверяйте датчик EC на наличие мусора или засоров.

Большинство приборов откалиброваны по единому стандарту, который близок к удельной проводимости образца окружающей среды. Второй стандарт может быть использован для проверки линейности прибора в диапазоне измерений.

Процедура калибровки

1. Заполните стакан достаточным количеством стандарта, чтобы покрыть место погружения электродов (около 75 мл в стакане объемом 100 мл). Налейте дополнительный стандарт во второй стакан, который будет использоваться для промывки датчика.

2. Поместите электрод в стакан для промывки и убедитесь, что каналы датчика EC заполнены свежим стандартом, подняв и опустив стакан несколько раз.

3. Поместите датчик в калибровочный стакан и постучите, чтобы удалить все захваченные пузырьки.

4. Подтвердите точку калибровки, когда показания стабильны или когда цифры не меняются в течение по крайней мере 5 секунд. (Некоторые приборы требуют ввода стандартного значения электропроводности).

5. Калибровка завершена. Промойте зонд деионизированной водой и храните зонд в соответствии с инструкциями производителя.

Растворенный кислород (DO) 

Что такое растворенный кислород?

Концентрация растворенного кислорода (DO) в воде чрезвычайно важна как в природе, так и в окружающей среде человека. В океанах, озерах, реках и других поверхностных водоемах растворенный кислород необходим для роста и развития водной флоры и фауны. Без кислорода вода может стать токсичной из-за анаэробного разложения органического вещества. В промышленных условиях вода должна содержать не менее 2 мг/л кислорода для защиты водопроводных труб от коррозии. Однако вода в котловой системе  во многих случаях не может содержать более 10 мг/л кислорода.

Почему растворенный кислород важен?

Уровни DO могут помочь определить относительное состояние водного объекта. Если уровень DO нормальный или высокий, вода является хорошей средой для процветания различных водных организмов. Если уровни DO низкие, это может указывать на наличие загрязняющих веществ в воде. Некоторые водные организмы могут существовать в воде с широким диапазоном DO, но другие не могут выжить в среде с низким DO.

Ожидается, что измерения DO будут иметь большие колебания, если вода имеет значительную и богатую жизнь растений. Это происходит из-за процесса фотосинтеза. Поскольку ночью, когда нет света, фотосинтетическая активность снижается, растения и животные в воде потребляют кислород посредством дыхания, но при этом вырабатывается не так много кислорода. В результате уровни DO ранним утром ниже по сравнению с другим временем суток. Как только начнется фотосинтез, уровень DO повысится. Это хороший пример преимуществ измерения параметров в разное время в течение дня. Если проводится только предрассветное измерение DO, может быть сделан неточный вывод относительно здоровья воды.

В то время как уровни DO частично зависят от фотосинтетической активности, основным источником DO является атмосферный кислород, смешивающийся с водой. Это происходит в больших количествах, если вода турбулентна. Турбулентность увеличивает площадь поверхности воды, поэтому атмосферный кислород может легче смешиваться с ней. Концентрация кислорода в воздухе более чем в 20 раз превышает концентрацию кислорода в воде. Эта разница в концентрации приводит к тому, что атмосферный кислород растворяется в воде, когда они встречаются. Если на этой границе раздела будет больше поверхности воды, то будет поглощено больше кислорода из воздуха.

Другими факторами, влияющими на уровни DO, являются температура и сточные воды. Кислород легче растворяется в холодной воде, а холодная вода обладает способностью удерживать большее количество газов, чем теплая вода, поэтому уровень КИСЛОРОДА снижается по мере того, как вода становится теплее. Сток может включать природные органические отходы или антропогенные загрязнители; в обоих случаях организмы в воде должны использовать кислород в процессе разложения этих загрязнителей. Кроме того, органические отходы могут привести к росту водной растительности. Когда растения погибают в конце вегетационного периода, при их разложении происходит интенсивное потребление кислорода.

Как измеряется растворенный кислород?

Концентрации растворенного кислорода чаще всего указываются в миллиграммах газа на литр воды, мг/л. (Единица измерения мг/л эквивалентна частям на миллион = ppm). Измерения обычно проводятся в воде с помощью датчика DO и контроллера.

Важно измерять уровни DO в разное время суток и на разных глубинах воды. Эти измерения дадут общую картину уровней DO в исследуемом водном объекте. Как и в случае со всеми параметрами качества воды, эти уровни должны контролироваться с течением времени. Это даст некоторое количество точек данных, чтобы можно было определить и оценить тенденции.

Калибровка на растворенный кислород в полевых условиях

Содержание растворенного кислорода (DO) в воде измеряется с помощью электрода с мембраной. К сожалению, щетки или другие чистящие предметы могут повредить мембрану, поэтому замена крышки мембраны и электролита - лучший способ проводить периодическое техническое обслуживание. Хотя может быть проще откалибровать датчик  перед выездом в поле, лучше всего проводить калибровку на месте отбора проб, поскольку разница в высоте и барометрическом давлении между местом калибровки и местом измерения может привести к ошибкам. Обязательно проверьте правильность показаний атмосферного давления, электропроводности и температуры.

Процедура калибровки (100%)

1. Заполните калибровочный стакан водой (в качестве альтернативы на дно контейнера для калибровки можно положить влажную губку или влажное бумажное полотенце).

2. Свободно вставьте датчик в калибровочный стакан, чтобы предотвратить утечку влаги. *Следите за тем, чтобы датчик DO не намокал, так как испарение влаги с датчика температуры или датчика DO может повлиять на показания во время калибровки.

3. Дайте контейнеру пропитаться водяным паром (примерно 10-15 минут). *В течение этого времени включите прибор, чтобы позволить датчику DO прогреться.

4. Подтвердите точку калибровки, когда показания стабильны или когда цифры не меняются в течение по крайней мере 5 секунд.

5. Калибровка завершена. Промойте зонд деионизированной водой и храните зонд в соответствии с инструкциями производителя.

Процедура калибровки (0%)

1. Заполните калибровочный стакан достаточным количеством 0% раствора DO, чтобы покрыть место погружения электродов (около 75 мл в 100 мл стакане).

2. Погрузите датчик DO в раствор.

3. Подтвердите точку калибровки, когда показания стабильны или когда цифры не меняются в течение по крайней мере 5 секунд.

4. Калибровка завершена. Промойте зонд деионизированной водой и храните зонд в соответствии с инструкциями производителя. *Обязательно смойте весь 0%-ный раствор DO, чтобы не повлиять на измерение проб окружающей среды

Мутность

Что такое мутность?

В своей простейшей форме мутность - это просто непрозрачность воды. Непрозрачность обычно возникает из-за взвешенных в воде частиц, которые мы не можем видеть по отдельности. Этими частицами могут быть водоросли, грязь, минералы, белки, масла или даже бактерии.

Мутность - это оптическое измерение, которое указывает на наличие взвешенных частиц. Он измеряется путем пропускания света через образец и количественного определения концентрации взвешенных частиц. Чем больше частиц находится в растворе, тем выше мутность.

Важно отметить, что, хотя мутность коррелирует с взвешенными твердыми веществами, измерение мутности - это не то же самое, что измерение общего количества взвешенных твердых веществ (TSS). Измерения TSS являются гравиметрическими, которые количественно определяют массу твердых частиц, взвешенных в образце, и выполняются путем взвешивания отделенных твердых частиц.

Почему важно измерять мутность?

Как измерять мутность?

Одним из способов измерения мутности является использование диска Секки. Диск Secchi показывает максимальную глубину, на которой может существовать растительная жизнь, определяя глубину, на которой свет больше не проникает в воду. Фотосинтез не может происходить без света, поэтому растения не будут расти на глубине ниже уровня, на котором виден диск Секки при погружении. Поскольку измерения диска Secchi основаны на опускании диска до тех пор, пока он не исчезнет, его нельзя использовать в реках, которые мелководны или имеют низкую мутность.

Показания диска Секки меняются сезонно в зависимости от изменений в фотосинтезе и, следовательно, в росте водорослей. В большинстве озер показания диска Секки начинают снижаться весной, с повышением температуры и увеличением роста, и продолжают снижаться до тех пор, пока рост водорослей не достигнет пика летом. Когда наступает более прохладная погода и рост уменьшается, показания диска Секки снова увеличиваются. Ливни также могут повлиять на показания приборов. Эрозия в результате осадков, стока и высоких скоростей потока может привести к повышению концентрации взвешенных частиц во впадающих потоках, и, следовательно, происходит снижение показаний диска Секки. С другой стороны, температура и объем поступающей воды могут быть достаточными для разбавления озера более прохладной и чистой водой и снижения темпов роста водорослей. Как более чистая вода, так и более низкие темпы роста приведут к увеличению показаний диска Секки.

Более точным способом измерения мутности является использование измерителя мутности. Измеритель мутности работает путем пропускания луча инфракрасного света через флакон, содержащий тестируемый образец. Датчик определяет количество света, рассеянного нерастворенными частицами, присутствующими в образце. Затем микропроцессор преобразует показания в нефелометрические единицы измерения мутности (NTU).

Калибровка мутности в полевых условиях

Калибровка проста с использованием имеющихся в продаже первичных полимерных стандартов (AMCO-AEPA-1). Эти готовые стандарты являются предпочтительными, но стандарты могут быть получены с использованием формазина в соответствии с аналитическим методом EPA 180.1. Кюветы не должны иметь царапин или трещин, и всегда обращайтесь с кюветой, прикасаясь только к крышке или ее верхней стороне, чтобы не испачкать ее. Любая кювета с видимыми царапинами будет выброшена.

Процедура калибровки

* Если используются стандарты формазина, осторожно перемешивайте кюветы в течение примерно 1 минуты, а затем дайте стандарту отстояться еще одну минуту перед калибровкой.

1. Вставьте и откалибруйте измеритель, используя стандарт <0,1 NTU.
2. Выберите следующий стандарт и откалибруйте или проверьте калибровку, если прибор не будет принимать второй стандарт.
3. Повторяйте по мере необходимости, пока прибор не будет полностью откалиброван.

Как может Hanna помочь в определении качества?

HI98194 это прочный портативный измеритель pH, ОВП, электропроводности, растворенного кислорода и температурного поля с производительностью и характеристиками лабораторного измерителя.

Многопараметрический анализатор Hanna HI98194 предлагает:

• Измерение до 12 различных параметров качества воды

• Быстрая калибровка для быстрой калибровки рН, электропроводности и растворенного кислорода с использованием одного раствора

• GLP Data - HI98194 включает в себя функцию GLP, которая позволяет пользователям просматривать данные калибровки и информацию об истечении срока действия калибровки одним нажатием клавиши. Данные калибровки включают дату, время, буферы/стандарты, используемые для калибровки, и характеристики наклона.

Прибор HI98194 облегчает проведение профессиональных измерений в полевых условиях, предоставляя все необходимое в прочном футляре для переноски. Выпускается в pH / EC HI98195 или pH / DO HI98196.