Le capteur de co₂ dissous convertit la concentration de co₂ dissous dans un plan d'eau en un signal mesurable par un processus physico - chimique, et son mécanisme de base peut être divisé en deux grandes catégories de méthodes électrochimiques et optiques, toutes deux basées sur les changements physico - chimiques induits par l'interaction du co₂ avec un milieu spécifique.
Méthode électrochimique: réaction ionique et transformation du signal potentiel / courant
Les capteurs électrochimiques sont basés sur la détection des variations de concentration en ions générées par la réaction du co₂ avec l'électrolyte. Prenons l'exemple de la Méthode potentiométrique, dont la structure contient une électrode sensible au pH, une électrode de référence et une membrane sélective en co₂. Lorsque les molécules de co₂ pénètrent dans la membrane sélective dans l'électrolyte, la réaction se produit:
CO₂+H₂O⇌H₂CO₃⇌H⁺+HCO₃⁻
La concentration en h⁺ générée par la réaction est logarithmiquement liée à la concentration en co ₂ et l'électrode sensible au pH délivre un signal de potentiel en détectant les variations de concentration en h⁺, c'est - à - dire les variations de ph. L'électrode de référence fournit un potentiel de référence stable, assurant la précision de la détection. La puce intégrée du capteur convertit le signal de potentiel en valeurs numériques de concentration de co₂ dissous avec une précision allant jusqu'à ± 1 ppm, ce qui convient aux scénarios de faible et moyenne précision tels que le traitement des eaux usées, l'aquaculture, etc.
Le capteur galvanométrique génère alors un signal de courant proportionnel à la concentration par réaction électrolytique de co₂ à la surface de l'électrode de travail. Par example, le co₂ est réduit en co sur l'électrode de travail:
CO₂+2H + 2e- →CO + H2O
L'intensité du courant généré par la réaction reflète directement la concentration de co₂, avec une plus grande précision (± 0,5 ppm), mais nécessite un remplacement régulier de l'électrolyte, plus utilisé dans des scénarios de demande de haute précision tels que la biomédecine.
Méthode optique: absorption de la lumière et effet d'extinction de fluorescence
Les capteurs optiques permettent la détection en utilisant les propriétés d'absorption ou de désactivation de fluorescence de molécules de co₂ pour une longueur d'onde de lumière spécifique. Le capteur infrarouge non dispersif (Ndir) Calcule la concentration en mesurant l'intensité d'absorption de co₂ par rapport à la lumière infrarouge de 4,26 μm, l'atténuation de l'intensité lumineuse est linéaire avec la concentration de co₂, la précision peut atteindre ± 0,5 ppm, le temps de réponse est d'environ 60 secondes et convient aux scénarios tels que les aliments et les boissons, la surveillance de l'environnement, etc.
Le capteur Fluorescent s'appuie sur l'effet d'extinction du co₂ sur les substances fluorescentes. Les réactifs fluorescents (tels que les complexes de ruthénium) revêtus de la surface de la sonde fluorescente émettent une lumière rouge sous excitation de lumière bleue, la durée de vie de la fluorescence est réduite lorsque la molécule de co₂ est combinée avec le réactif, et le capteur calcule la concentration en détectant le degré d'atténuation de l'intensité de fluorescence. La méthode répond rapidement (< 30 secondes), ne nécessite aucun entretien, mais est légèrement moins précise (± 1 ppm), est vulnérable aux interférences lumineuses intenses et convient aux scénarios dynamiques tels que la détection portable, la culture sans sol et autres.
Facteurs environnementaux et stratégies d'optimisation
La température, la pression et la composition de l'eau affectent les performances du capteur. L'augmentation de la température accélère la dissolution du co₂ et la vitesse de réaction, la plupart des capteurs sont équipés d'un module de compensation de température pour corriger l'erreur; L'augmentation de la pression de l'eau améliore la solubilité du co₂, certains modèles doivent être équipés d'une compensation de capteur de pression; La turbidité ou l'huile peut obstruer le chemin optique du capteur optique ou contaminer le film électrochimique, nécessitant un nettoyage régulier de la sonde.
La méthode électrochimique et la méthode optique ont chacun des avantages: la méthode électrochimique est peu coûteuse et de petite taille, adaptée aux scénarios à faible coût; La stabilité optique est élevée et la longue durée de vie, ce qui convient à la surveillance de haute précision ou à long terme. Dans les applications pratiques, la technologie adaptée doit être choisie en fonction des besoins du scénario (précision, coût, complexité de maintenance, etc.) pour permettre une surveillance et une régulation précises du co₂ dissous.