Khảo sát hàng loạt 16 điện cực vàng

3.1. Khảo sát ảnh hưởng của vật liệu và kích thước điện cực

3.1.2.3. Khảo sát hàng loạt 16 điện cực vàng

Vì các sensor vi vàng có tính ổn định thấp, tuổi thọ ngắn nên chúng tôi chỉ chọn các sensor vàng kích thước lớn để tiến hành khảo sát hàng loạt, cụ thể như sau: kích thước 0,5mm (3 điện cực); 1mm (5 điện cực) và 1,5mm (8 điện cực).

Hình 3.11: Sensor vàng chếtạo hàng loạt

Thời gian đáp ứng của 16 sensor với ba loại kích thước điện cực làm việc khác nhau được trình bày trên bảng 3.4. Nhìn chung, các sensor đều đáp ứng tốt, thời gian đáp ứng chủ yếu dưới 20s đặc biệt có một số sensor cho đáp ứng dòng rất nhanh (dưới 10s), thực tế cho thấy, trong khoảng kích thước khảo sát thời gian đáp ứng không phụ thuộc nhiều vào kích thước các điện cực làm việc mà phụ thuộc chính vào kỹ thuật chế tạo. Nghiên cứu cũng chứng tỏviệc chếtạo sensor theo phương pháp thủcông, có thể ảnh hưởng tính đồng nhất của các sensor, do vậy, thời gian đáp ứng của các sensor còn có sựkhác nhau.

Để thu được kết quả ổn định, ngoài việc dùng màng khuếch tánđúng theo yêu cầu chất lượng, khi lắp các sensor phải đảm bảo toàn bộdiện tích làm việc của điện cực được tiếp xúc tốt với màng khuếch tán, màng phải phẳng, không được chùng, nhăn, không xuất hiện khe kẽ hay lỗ trống trên bề mặt hoặc xung quanh bề mặt điện cực làm việc. Vì vậy khi chuyển vào môi trường không khí, lượng oxy khuếch tán qua màng có thể được phản ứng ngay trên bềmặt điện cực mà không cần nhiều thời gian khuếch tán trong môi trường

điện li nội; cũng như khi chuyển vào dung dịch sunfit không còn lượng oxy còn lưu lại trong các khe trống làm tốc độ thay đổi dòng chậm lại.

Với thời gian đáp ứng nhanh như vậy, các sensor có thểsửdụng đểquan trắc liên tục, ngay cảnguồn nước có dòng chảy lưu động, từ đó có thể giúp người thực hiện xây dựng được đồ thị biến thiên hàm lượng DO và đưa ra những đánh giá chất lượng môi trường nước theo thời gian. Đặc biệt, các sốliệu tính toán cho thấy khi đo trong môi trường bão hòa oxy với thời gian dài, giá trị DO thay đổi rất nhỏ, phần trăm sai lệch sau thời gian đo liên tục 66 phút chỉnằm trong khoảng 0,21-3,68% (bảng 3.5).

Bảng 3.4: Thời gian đáp ứng (s) của các sensor khi chuyển từ không khí (kk) vào dung dịch sulfit natri (sf) không có oxy (kk→sf) và ngược

lại (sf→kk), lặp lại 5÷6 lần

Loại sensor

Thời gian đáp ứng (s)

kk→sf sf→kk

1,5 mm (8 sensor)

Số1 t

t

25,860,86 15,660,61

Số2 t

t

7,260,20 19,020,11

Số3 t

t

27,271,93 13,290,45

Số4 t 12,510,80 15,800,77

t

Số5 t

t

6,040,25 8,970,92

Số6 t

t

8,310,72 7,510,22

Số7 t

t

22,822,17 18,771,029

Số8 t

t

7,630,14 2,950,21

1 mm (5 sensor)

Số9 t

t

7,770,27 9,970,15

Số10 t

t

9,060,28 6,660,31

Số11 t

t

12,030,78 9,711,07

Số12 t

t

14,950,38 15,671,20

Số13 t

t

19,041,32 19,202,39

0,5 mm (3 sensor)

Số14 t

t

9,700,15 7,990,90

Số15 t

t

24,220,41 6,500,14

Số16 t

t

16,100,22 14,440,85

Giá trị biến thiên được tính toán dựa trên thực tế biến thiên giá trị đo được theo thời gian dao động ít và chủyếu theo một chiều:

% sai lệch =

100 .

dau dau cuoi

DO DO DO 

Các giá trị phần trăm sai lệch chứng tỏ các sensor được chế tạo làm việc ổn định, có khả năng sử dụng cho mục đích quan trắc hàm lượng DO trong thời gian dài.

Độ ổn định của từng sensor còn được đánh giá bằng các giá trị hàm lượng DO đo trong cùng một môi trường bão hòa oxy sau nhiều lần đo các nhau và sai số quanh giá trị cân bằng chỉ khoảng 0,05 mg/l tức là 0,6% đối với hầu hết các sensor (bảng 3.5) cho thấy các sensor vẫn làm việc ổn định ngay cả khi thay đổi môi trường đo liên tục.

Và để đánh giá được chính xác hơn, bảng 3.5 cũng đưa hệ sốbiến thiên hàm lượng DO cực đại giữa các sensor có cùng kích thước và giữa toàn bộ 16 sensor đã chế tạo, tất cả đều dưới 0,5%.

Chứng tỏsựbiến thiên giá trị đo được trên các sensor khác nhau (kể cảvềkích thước) là không đáng kể, các giá trị đo được có độ đồng đều tốt, chỉ dao động rất nhỏquanh giá trịbão hòa 8,2 mg/l ở điều kiện nhiệt độ 25oC, độmặn bằng 0. Sự dao động này có thểlà do sai số trong quá trình chế tạo (chưa theo dây chuyền, tự động hóa) khiến bềmặt điện cực không hoàn toàn giống nhau, đặc biệt là khi xử lý, độ phẳng, bóng của bề mặt điện cực sẽ ảnh hưởng đến tiết diện thực tế của phần làm việc. Nguyên nhân này cũng có thể giải thích cho kết quả đo được trên một số sensor kích thước 1,5 mm có sự sai khác lớn hơn so với các sensor kích thước nhỏ hơn, là do sự tăng kích thước sẽ tương ứng với sự tăng nhiều hơn sai số do bề mặt (nếu có). Một nguyên nhân khác gây sự sai khác hàm lượng DO cực đại đo được trên các sensor có thể xảy ra là do các sensor đo tại các thời điểm khác nhau, có sựkhác biệt điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm…

Bảng 3.5: Hàm lượng DO (mg/l) cực đại và độ ổn định sau thời gian dài của 16 sensor với ba loại kích thước điện cực

Kích thước

điện cực

STT Sensor

Riêng từng sensor Trung bình theo

kích thước Trung bình chung Giá trị biên

thiên sau 66 phút đo liên

tục (%)

DODO, mg/l

DOD O, mg/l

RS D,

%

DOD O, mg/l

RSD,

%

1,5 mm

1 - 1,84 8,2470,086

8,214

0,056 0,4

8,215

0,049 0,3 2 - 0,21 8,2240,044

3 - 1,79 8,2250,055

4 - 0,27 8,2060,044

5 - 1,11 8,2290,093

6 - 1,26 8,1730,045

7 - 2,65 8,2410,033

8 - 1,83 8,1670,051

1 mm

9 + 0,68 8,2060,024

8,220

0,045 0,1 10 - 3,59 8,2280,054

11 + 1,02 8,2320,059 12 - 2,70 8,2140,048 13 - 2,07 8,2220,040

0,5 mm

14 - 0,64 8,2270,030

8,209

0,036 0,2 15 - 1,52 8,2100,041

16 - 3,68 8,1900,036

+ : Sai lệch dương - : Sai lệch âm RSD: độ lệch chuẩn tương đối

Sau khi chế tạo và khảo sát tính chất đơn lẻcủa từng sensor vàng, chúng tôi sử dụng 16 sensor này trong phép đo DO đa kênh sử dụng hệ thiết bị đo đa kênh và phần mềm

MultiDO. Hình 3.12 thểhiện thiết bị và dãy sensor sau khi căn chuẩn, hệ thống tự động đo, lưu giữ số liệu. Các kết quả đo được hiển thị dưới dạng đồ thị, biểu diến biến thiên của hàm lượng oxy đo được theo thời gian đo trong các môi trường khác nhau.

Hình 3.13 biểu diễn đường đo nồng độ DO đồng thời trên 16 kênh, với các điện cực từ 01 ÷ 08 sử dụng dây vàng kích thước 1,5mm (Đường O1÷O8); điện cực số 09÷13 kích thước 1mm (Đường O9÷O13); và các sensor 14, 15, 16 có điện cực làm việc kích thước 0,5m (Đường O14÷O16). Từ đó chúng tôi thấy rằng các sensor khi đặt trong cùng một khoang đo khi đặt trong dung dịch và ngoài không khí bão hòa, cả 16 kênh đều cho tín hiệu tương đối đồng nhất.

Hình 3.12: Hệ thống đa kênh chạy thử trong phòng thí nghiệm

Hình 3.13: Biến thiên của DO theo thời gian đo tại các môi trường khác nhau trên 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 28-29 tháng 5 năm 2012

Hình 3.14: Biến thiên của DO theo thời gian đo tại các môi trường khác nhau trên 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 30 tháng 5 năm 2012

Trên hình 3.14, ở những thời gian đo đầu tiên, các tín hiệu đo thu được là trong cùng một bình đo, các giá trị thu được cho cả 16 kênh đo là như nhau. Khi tách các sensor ra các khoang đo khác nhau (từ 14:05:00) các đường đo có sự thay đổi. Kết quả tương tự nêu trên hình 3.15, khi các sensor được đặt trong các khoang đo khác nhau ngay từ đầu.

DO (mg/L)

DO (mg/L)

Điều này cho thấy khả năng làm việc của các sensor chế tạo được là đồng đều, cho tín hiệu thống nhất.

Hình 3.15: Biến thiên của DO theo thời gian đo tại các môi trường khác nhau trên 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 1, 4, 5 tháng 6 năm 2012