水族館采用手持測定儀進行DO和pH現(xiàn)場測定的應(yīng)用實例
2015-12-06，星期日
水族館采用手持測定儀進行DO和pH現(xiàn)場測定的應(yīng)用實例
雖然水質(zhì)參數(shù)的連續(xù)在線測定和控制對蒙特里海灣水族館起著至關(guān)重要的作用，定期采用手持儀器進行現(xiàn)場測定對于保護展覽中的海洋生物的多樣性方面也起著不可忽視的作用。新型便攜式儀器準確度高、重復性好，預制程序可進行多種數(shù)據(jù)分析，而且數(shù)據(jù)存儲能力也有所擴展。
在蒙特里海灣水族館生活的動物和植物數(shù)量超過35,000個，代表了蒙特里海灣內(nèi)各種棲息地生存的和世界范圍內(nèi)其它海洋棲息地生存的620多種魚、無脊椎動物、哺乳動物、爬行動物、鳥類和植物等生物。每年約有180萬人參觀水族館的近200個展廊和展廳。
每分鐘左右約有1500加侖的海水經(jīng)展覽水池從海灣連續(xù)抽送到水族館。海水入口在距海岸約1000英尺，深約55英尺的地方。夜晚，原海水經(jīng)泵抽入展館，同時為濾食動物帶來浮游生物、海藻孢子以及無脊椎動物，如海葵和珊瑚的幼蟲。白天，原海水經(jīng)過濾后進入展館以保證水的清潔。
在1984年水族館開放之時，大部分生命支持系統(tǒng)和過濾操作都由手工完成，因此需要很多員工晝夜不停的工作。但是在20世紀90年代中期水族館擴建了近兩倍之后，其決定在水質(zhì)項目中采用自動化技術(shù)。
進來的海水通過在線感應(yīng)技術(shù)每隔5分鐘左右測定一次從而實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。在線控制系統(tǒng)為水族館生命支持系統(tǒng)的所有重要參數(shù)包括溫度、流量、壓力、溶解氧（DO）、pH、臭氧注入、氧化還原電位等提供自動控制、監(jiān)測和報警。在線控制系統(tǒng)也控制一些重復性的工作，如砂濾的反沖洗、鍋爐及冷卻系統(tǒng)的溫度控制、臭氧發(fā)生器的控制，維持水中氧氣含量的氧氣注入的控制等。
定期現(xiàn)場測定的必要性
即使大量的在線測定儀器在多個位置進行連續(xù)測定以實現(xiàn)自動過程控制，便攜式手持測定儀以及實驗室測試系統(tǒng)的使用依然在水族館的水質(zhì)操作方面具有不可忽視的作用。水族館定期的現(xiàn)場測定包含十幾種參數(shù)，如總氨、亞硝酸、硝酸、磷、DO、溫度、pH、總堿度、鈣、鎂、總氣體以及某些微生物指標，如總大腸桿菌和糞大腸桿菌。
DO和pH是水族館采用手持儀器進行定期監(jiān)測的兩個重要水質(zhì)參數(shù)。
“我們認為DO是關(guān)系到所有水生生物呼吸的重要因素"，水族館的水質(zhì)專家Eric Kingsley說。魚類通過腮或者皮膚中的一個或兩個細胞厚的血管直接吸收溶解在水中的氧氣。Eric Kingsley還說：“我們過去曾經(jīng)展覽過一些喜歡低DO的生物種類，但是現(xiàn)在幾乎我們所有的生物種類都需DO，而且至少接近飽和濃度。"
“考慮到氨的潛在毒性，現(xiàn)場pH的測定也非常關(guān)鍵。氨和銨在水中存在一定的平衡，這種平衡主要受pH和溫度的控制，當pH或溫度升高時都會導致氨含量的升高，而相比銨而言，氨對魚類的毒性強很多。"
手持儀測定DO和pH
水族館里現(xiàn)場水樣的溫度和pH采用包括帶有鉑系列pH電極的Hach HQ22電化學測定儀在內(nèi)的手持式儀器進行測定。現(xiàn)場水樣的DO采用手持極譜溶氧探頭或帶有熒光溶解氧（LDO）探頭的Hach HQ22測定儀進行測定。
用于水族館的便攜式測定儀不僅必須提供準確度高、重復性好的測定結(jié)果，而且必須易于操作和校準，同時還要對海水的侵蝕有足夠的耐受性。此外，便攜式測定儀的使用者一般都越來越多的要求新儀器能提供預編程序來進行多種數(shù)據(jù)分析，且要求新儀器有更強的數(shù)據(jù)存儲性能。
為了使現(xiàn)場測定更加準確高效，蒙特里海灣水族館最近參與了Hach HQ40d便攜式電化學測定儀（臺不需使用者預設(shè)參數(shù)的用于現(xiàn)場和實驗室的測定儀）的產(chǎn)品測試。
多參數(shù)儀器
如果使用Hach新型IntelliCALTM探頭，單臺HQ40d測定儀可同時測定pH、電導率、LDO或氧化還原電位中的任何兩個參數(shù)。該測定儀直觀的操作界面易于進行自校準，從而減少校準誤差出現(xiàn)的可能。在新型IntelliCAL熱插拔探頭中，最近一次校準和校準歷史都存儲于探頭中，所以當探頭從一個測試儀換到另外一個測試儀時不需再次校準。測試系統(tǒng)提供包括時間、日期、樣品名、使用者等信息的數(shù)據(jù)報告，因此使用者可以存儲和監(jiān)控之前測得的數(shù)據(jù)。
“我們主要在DO測定中對該新型儀器進行了測試，"Kingsley說。“我們在產(chǎn)品測試中發(fā)現(xiàn)HQ40d在DO測定中的響應(yīng)時間非常短，因此我們希望能換上這種新儀器用。"
員工首先發(fā)現(xiàn)的就是該新型測定儀的快速響應(yīng)時間和耐用性。“DO的測定比我們之前使用的LDO測定單元快了很多，"Kingsley說。“此外，非常重要的一點是探頭和測定儀之間的連接是防水的，這是我們購買測定儀時非?？粗氐男阅苤?，只有這樣測定儀才能在海水的惡劣環(huán)境中使用，因為海水的侵蝕性是非常強的。"
雖然該測定儀是自校準的，但是在測試期間，LDO探頭的產(chǎn)品測試中使用了空氣校準，以與手持極譜探頭保持一致。據(jù)Kingsley說，因為水族館靜態(tài)溶解氧探頭也是極譜型的，所以這一點使得該測試單元的測試結(jié)果很好的符合了靜態(tài)探頭的結(jié)果：誤差在1～2％以內(nèi)。他說測試單元還表現(xiàn)出了很好的重復性。
水族館的員工在日常監(jiān)測中配置HQ40d測試單元。因為蒙特里海灣水族館建在潔凈的水體中，所以員工不必像采用封閉系統(tǒng)的水族館那樣頻繁的進行現(xiàn)場測定。那些有相當強的生物負荷以及那些設(shè)計特殊不能接受大量水流（新鮮的補充水）的水池才是典型需要測定的。
“水池和水池是不一樣的，"Kingsley說，“但是我們一般來說每周一到兩次定期測試一些展覽水池，除非有嚴重的問題出現(xiàn)或者有新的水池剛開始運行，我們才會加大測試頻率?，F(xiàn)場DO測定通常是觀察長期趨勢和發(fā)現(xiàn)問題的好方法。"
除了準確度高和重復性好，Kingsley說他們喜歡該手持HQ40d的多參數(shù)功能，以及在探頭中存儲最近一次校準和校準歷史的功能。該測定儀還能自動識別探頭以及對多種探頭的校準進行核實。
“一旦我們使用這種產(chǎn)品，我們很可能會拔下pH或LDO探頭中的一個，然后換上一個電導率探頭。因為校準是存儲于探頭中的，所以這種轉(zhuǎn)換會非常方便。我們的實驗室里有一些pH電極，但是如果我們把其中的一個從現(xiàn)有的測定儀上拔下來換上另外一個，就需要重新校準，非常費時。"
減少數(shù)據(jù)抄錄錯誤
水族館人員發(fā)現(xiàn)新型手持單元和IntelliCAL探頭在產(chǎn)品測試中表現(xiàn)出來的全面的數(shù)據(jù)存儲能力也其主要優(yōu)點。
“我們之前的pH測定儀和極譜性DO測定儀不能存儲數(shù)據(jù)，"Kingsley說，“而現(xiàn)在我們能存儲數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)直接下載到計算機中，省去了人工抄寫數(shù)字和之后通過鍵盤輸入數(shù)字的過程，從而減少了在抄錄中可能出現(xiàn)的錯誤。"
水族館可能也將配置新型手持單元進行自動測定并每隔一定時間記錄水質(zhì)數(shù)據(jù)，從而確定單個展覽水池的水質(zhì)變化趨勢。
“隔一定時間記錄一次數(shù)據(jù)的典型地方是我們的鳳尾魚展廳，因為那里的DO波動很大，"Kingsley說?！拔覀兛赡苄枰谀抢镉涗洈?shù)據(jù)和觀察一天中的變化情況，而該新型測定儀使得我們能有效的實現(xiàn)這一點。"
