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Sai perché la tua acqua potabile diventa piatta dopo averla lasciata intatta per alcune ore? O perché il tuo succo d'arancia cambia colore e si scurisce un po' quando la bottiglia viene lasciata aperta più a lungo?
Uno dei fattori chiave alla base di questi cambiamenti è la quantità di ossigeno nella bevanda.
Vorrei condividere con te alcune informazioni sugli effetti (sia positivi che negativi) dell'ossigeno quando disciolto nei liquidi, quali parametri influenzano il contenuto di ossigeno disciolto (DO) e su come valutare accuratamente la concentrazione di DO.
Perché la concentrazione DO è importante?
Accanto a pH e conducibilità, l'ossigeno disciolto è uno degli indicatori più importanti della qualità dell'acqua. L'ossigeno si dissolve nelle acque superficiali in base alla sua pressione parziale (legge di Henry), ma anche a causa di processi di aerazione (es. vento, rapide). Inoltre, l'ossigeno viene introdotto nell'acqua come sottoprodotto della fotosintesi da piante e fitoplancton. L'ossigeno disciolto è essenziale per la sopravvivenza dei pesci e di qualsiasi altro organismo acquatico che respira ossigeno.
Il contenuto di DO può essere ridotto quando troppi batteri o alghe contaminano l'acqua. I batteri si nutrono di alghe morte e altro materiale organico, consumando ossigeno e producendo anidride carbonica. Se tutto il DO viene consumato dai batteri, viene chiamato eutrofizzazione. Quando il contenuto di DO nell'acqua scende al di sotto di 5 mg/l, la vita acquatica è sottoposta a stress e, se la concentrazione è ancora più bassa, una grande quantità di vita acquatica può morire. L'ossigeno disciolto può essere valutato direttamente, in situ in acque superficiali, mediante la tecnica di misurazione diretta.
Impara di più riguardo misurazione dell'ossigeno disciolto nelle acque superficiali scaricando la nostra Application Note gratuita:
Application Note: DO in acque superficiali in base a ISO 17289
Tornando all'esempio della tua acqua potabile o del succo d'arancia:
L'acqua ha un buon sapore per noi solo quando c'è una certa quantità di ossigeno disciolto in essa. Quando il bicchiere o la bottiglia d'acqua sono in piedi, DO viene rilasciato mentre si equilibra con l'atmosfera e inoltre si riscalda fino alla temperatura ambiente, rilasciando ancora più ossigeno. Questo è il motivo per cui il sapore della tua acqua diventa piatto nel tempo.
Se desideri una panoramica di come ossigeno disciolto nella tua rete idrica può essere determinato, scarica la nostra Application Note gratuita:
Application Note: DO in acqua di rubinetto secondo ISO 17289
Succo d'arancia esibisce la situazione contraria. Il succo d'arancia (e altri succhi di frutta e verdura) sono mantenuti quasi privi di DO. Il ragionamento è perché l'ossigeno, come agente ossidante, ha un'influenza negativa sulla qualità complessiva, il gusto, il valore nutritivo e il colore di una bevanda. Più a lungo tieni il tuo succo d'arancia aperto all'atmosfera, più ossigeno si dissolverà nel tuo succo, fino a un certo punto. Inoltre, questo DO inizierà a reagire con altri ingredienti del tuo succo. Ad esempio, DO ossida la vitamina C presente (acido ascorbico, un antiossidante) in acido deidroascorbico. Per evitare una rapida doratura, così come il sapore e la qualità del tuo succo, conservalo in una bottiglia chiusa.
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Cosa influenza la concentrazione di ossigeno disciolto?
Temperatura
La temperatura ha una grande influenza sulla concentrazione di DO. Maggiore è la temperatura, meno ossigeno viene disciolto nella fase liquida . Come mai? Te lo spiego un po' più visivamente:
Quando la temperatura di una soluzione aumenta, gli ioni e le molecole al suo interno si muovono e vibrano a causa dell'aumento di energia. Ciò porta a un numero sempre maggiore di collisioni tra le particelle e, quindi, alcuni dei legami che le tengono insieme si rompono. Man mano che più particelle vibrano, si verificano più collisioni e anche più legami vengono rotti. Ciò significa anche che i legami che trattengono le molecole di ossigeno nel liquido si romperanno e l'ossigeno verrà rilasciato dalla soluzione. Ciò si traduce in una diminuzione del contenuto DO. Il contrario accade se la temperatura diminuisce: il movimento delle particelle diminuisce e quindi la concentrazione di DO aumenta.
Pressione
Per il nostro scopo, «pressione» si riferisce alla pressione atmosferica. Forse sei stato sulla cima di una montagna, o all'interno di un aeroplano in volo in quota, e hai bevuto un drink dalla tua bottiglia d'acqua lassù. Quando eri di nuovo a terra (o alla base della tua escursione) e hai controllato di nuovo la bottiglia, forse hai notato che era leggermente compressa, o hai avuto un rumore di aspirazione mentre la aprivi di nuovo. Ciò è dovuto alla differenza di pressione atmosferica, che è inversamente proporzionale all'altitudine.
Quando la pressione atmosferica diminuisce, diminuisce anche la pressione parziale dell'ossigeno. Pertanto ad altitudini più elevate, meno ossigeno viene disciolto nel liquido poiché la pressione non lo trattiene lì. L'ossigeno si diffonde dal liquido più in alto otteniamo. Quando andiamo a quote più basse, la concentrazione di DO aumenta all'aumentare della pressione atmosferica.
Salinità
La salinità gioca anche un ruolo nella quantità di ossigeno disciolto che è disponibile in un liquido.
Considerare ancora gli ioni e le molecole presenti nella soluzione. Quando abbiamo un sale disciolto presente nell'acqua, questi ioni carichi sono molto attratti dalle molecole d'acqua. L'ossigeno disciolto non ha carica e quindi non è attratto da nulla. Maggiore è il contenuto di salinità, più ioni sono presenti. Questa maggiore densità di particelle costringe l'ossigeno a lasciare la soluzione poiché la sua interazione con l'acqua non è così forte.
Come possiamo valutare la concentrazione di DO?
Ci sono due possibilità per determinare il contenuto di ossigeno disciolto nei liquidi, o tramite misurazione diretta o da titolazione. Abbiamo riassunto i pro ei contro per ciascuno dei metodi nel White paper gratuito che puoi scaricare qui sotto.
Determinazione dell'ossigeno disciolto nell'acqua – Titolazione o misurazione diretta?
Tuttavia, mi limiterò a coprire misurazione diretta mediante un sensore ottico qui. Come mai? Perché puoi misurare il contenuto DO online o in-situ senza il noioso campionamento e preparazione del campione e la tua attrezzatura lo è quasi esente da manutenzione – rimarrai sorpreso di quanto sia facile da usare!
O2-Lumitrode, il sensore ottico per la misurazione DO di Metrohm, è il più veloce del suo genere sul mercato. Misura il contenuto di DO nei liquidi in meno di 30 secondi! Il principio di funzionamento si basa sull'estinzione della luminescenza.
Lascia che ti spieghi come funziona: il cappuccio del sensore contiene una membrana con un luminoforo incorporato che viene eccitato dalla luce rossa. Quando non è presente ossigeno, il luminoforo ritorna al suo stato fondamentale tramite l'emissione di luminescenza.
Se l'ossigeno è presente queste molecole entrano in collisione con il luminoforo eccitato, il luminoforo ritorna al suo stato fondamentale senza emissioni perché l'energia viene trasferita alla molecola di ossigeno. Valutando la durata dello stato eccitato del luminoforo (usando lo sfasamento), è possibile determinare il contenuto di DO.
L'O2-Lumitrode non necessita di molta manutenzione: è sufficiente una regolare calibrazione a un punto con il 100% di saturazione dell'aria. Di tanto in tanto, si consiglia di eseguire un due punti calibrazione con 100% e 0% di saturazione dell'aria.
Il nostro misuratore di pH/DO 913 o il misuratore di pH/DO/Conduttometro 914 possono essere equipaggiati con l'O2-Lumitrode. Entrambi sono strumenti combinati, il che significa che puoi misurare inoltre il pH e/o la conducibilità insieme all'ossigeno disciolto.
Come affermato in precedenza, temperatura, pressione e salinità influiscono sul contenuto di ossigeno disciolto nei liquidi. Pertanto, l'O2-Lumitrode è dotato di un sensore di temperatura e un sensore di pressione così può essere applicata la compensazione automatica della temperatura e della pressione per i risultati più affidabili. Se stai misurando DO in una soluzione salina o in acqua di mare, puoi misurare la conducibilità in parallelo a DO e cambiare compensazione automatica della salinità in poi.
L'O2-cap deve essere sostituito di tanto in tanto, poiché il luminoforo diventa meno reattivo. Questo effetto è chiamato sbiancamento fotografico. Tuttavia, il sensore ti dirà quando ciò è necessario a causa del suo monitoraggio attivo delle prestazioni. Non preoccuparti mai più di misurazioni DO imprecise a causa della scarsa qualità della strumentazione.
Per riassumere, a seconda dell'applicazione e della matrice, è possibile trovare un'ampia gamma di ossigeno disciolto. La determinazione del contenuto DO in modo rapido e accurato è estremamente importante. L'utilizzo di un sensore ottico con un dispositivo mobile semplifica la valutazione del contenuto DO in-situ. Per i dati più affidabili, misurare inoltre la temperatura e la pressione (ed eventualmente la salinità) in parallelo per ridurre al minimo l'effetto di questi parametri fisici sui risultati.
La tua conoscenza "take-aways"
White Paper: Determinazione dell'ossigeno disciolto nell'acqua: titolazione o misurazione diretta?
