Hiệu chuẩn cảm biến do quang học

HIỆU CHUẨN CẢM BIẾN DO QUANG HỌC

Tài liệu kỹ thuật chuyên sâu về công nghệ LDO (Luminescent Dissolved Oxygen) trong phân tích nước và nước thải.

Cảm biến DO quang học (Optical Dissolved Oxygen Sensor), hay còn gọi là LDO – Luminescent Dissolved Oxygen, đang được sử dụng ngày càng phổ biến trong phân tích nước và nước thải. So với điện cực DO kiểu điện hóa truyền thống, cảm biến quang học sử dụng nguyên lý phát quang để xác định lượng oxy hòa tan trong mẫu.

Một trong những ưu điểm của công nghệ này là không cần màng điện cực và dung dịch điện phân, đồng thời yêu cầu bảo trì thấp hơn so với cảm biến DO truyền thống. Với dòng LDO sc Model 2, HACH công bố cảm biến được hiệu chuẩn tại nhà máy và sử dụng phương pháp 100% không khí bão hòa nước cho hiệu chuẩn điểm không khí. (Hach)

Tuy nhiên, “không cần hiệu chuẩn thường xuyên” không có nghĩa là không bao giờ cần kiểm tra hiệu chuẩn. Việc kiểm tra và hiệu chuẩn đúng cách vẫn rất quan trọng nếu cần đảm bảo độ chính xác của kết quả DO.

1. DO quang học hoạt động như thế nào?

Cảm biến DO quang học không đo oxy bằng phản ứng điện hóa như điện cực Clark. Thay vào đó, cảm biến sử dụng một vật liệu phát quang nhạy với oxy. Khi được kích thích bằng ánh sáng, vật liệu này phát ra tín hiệu quang học. Oxy hòa tan trong nước ảnh hưởng đến đặc tính phát quang đó, từ đó cảm biến có thể xác định nồng độ oxy.

Sơ đồ hoạt động: Về nguyên lý đơn giản:

• Ánh sáng kích thích
• Vật liệu phát quang
• O₂ ảnh hưởng đến tín hiệu phát quang
• Cảm biến xử lý tín hiệu
• DO (mg/L hoặc % saturation)

Một ưu điểm của công nghệ này là khi nồng độ O₂ giảm, cường độ ánh sáng đỏ phát ra tăng lên. Hệ thống còn sử dụng một tia tham chiếu để kiểm soát và bù sai lệch của tín hiệu quang học. (Hach)

2. Có cần hiệu chuẩn cảm biến DO quang học không?

Có, nhưng tần suất phụ thuộc vào loại cảm biến và ứng dụng.

Đối với một số cảm biến HACH LDO mới, thiết bị được hiệu chuẩn tại nhà máy (factory calibrated) và nhà sản xuất cho biết có thể sử dụng ngay sau khi lắp đặt. LDO sc Model 2 sử dụng hiệu chuẩn một điểm bằng 100% water-saturated air. (Hach)

Tuy nhiên, đối với các cảm biến LDO sử dụng với máy HQd/Intellical, HACH vẫn cung cấp các tùy chọn cấu hình linh hoạt trong phần Calibration Options:

• 100% water-saturated air
• 100% + 0%
• Hiệu chuẩn theo nồng độ DO mg/L
• Hiệu chuẩn mg/L + 0%

Do đó, cần phân biệt rõ ràng: Factory calibration không có nghĩa là không bao giờ cần calibration. Nếu kết quả kiểm tra cho thấy cảm biến bị lệch, cần thực hiện lại calibration.

3. Hiệu chuẩn 100% DO bằng không khí bão hòa nước

Đây là phương pháp quan trọng nhất đối với cảm biến DO quang học. HACH khuyến nghị sử dụng không khí bão hòa hơi nước (water-saturated air) làm chuẩn 100% DO. Một môi trường ổn định có thể được tạo bằng BOD bottle chứa một lượng nhỏ nước ở đáy. (Hach)

Chuẩn bị: Các thiết bị và dụng cụ chuẩn bị bao gồm:

• Cảm biến DO quang học.
• BOD bottle hoặc bình hiệu chuẩn phù hợp.
• Nước sạch/DI hoặc nước máy tùy hướng dẫn của model.
• Khăn mềm không gây xước.
• Máy đo/controller tương thích.

4. Quy trình hiệu chuẩn 100% DO

Quy trình thực hiện chuẩn 100% DO gồm các bước chi tiết sau:

• Bước 1 – Làm sạch cảm biến: Đưa cảm biến ra khỏi dòng mẫu. Rửa nhẹ bằng nước sạch/DI để loại bỏ cặn, bùn, màng sinh học và chất bám trên sensor cap. Không sử dụng phương pháp chà xát mạnh hoặc vật liệu mài mòn lên sensor cap. HACH cảnh báo phần sensor cap có thể bị hư hỏng cơ học nếu bị cào xước. (Hach)
• Bước 2 – Làm khô phần sensor cap: Đây là bước rất quan trọng. Khi hiệu chuẩn bằng water-saturated air, sensor cap phải tiếp xúc với không khí bão hòa hơi nước, chứ không được ngâm trực tiếp trong nước. HACH mô tả việc đặt cảm biến trong BOD bottle có một lượng nhỏ nước ở đáy để tạo môi trường không khí bão hòa nước. Sensor cap không được chạm vào nước. (Hach)
• Bước 3 – Tạo môi trường 100% DO: Có thể sử dụng BOD bottle. Cho một lượng nhỏ nước vào đáy bình, sau đó lắc bình để tạo môi trường không khí bão hòa nước. Đặt cảm biến vào bình. Sensor cap nằm trong không khí ẩm, không nằm trong nước. Hướng dẫn HACH cho LDO101 khuyến nghị để cảm biến ổn định ít nhất 10 phút, và khoảng 30 phút có thể cho kết quả tốt hơn trong một số điều kiện. (Manuals+)

5. Tại sao phải chờ cảm biến ổn định nhiệt độ?

Đây là một trong những nguyên nhân phổ biến khiến calibration không chính xác. DO phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ.

Nếu sensor ở 25°C nhưng môi trường calibration mới được đưa từ nơi có nhiệt độ 20°C, cảm biến sẽ cần thời gian để đạt cân bằng nhiệt. HACH cho biết nếu cảm biến và môi trường water-saturated air có nhiệt độ khác nhau, có thể mất tới khoảng 10 phút để nhiệt độ ổn định trước khi calibration. (Hach)

LƯU Ý VỀ NHIỆT ĐỘ: Không nên vừa đưa sensor vào bình rồi calibration ngay. Hãy chờ tín hiệu và nhiệt độ ổn định hoàn toàn trước khi nhấn xác nhận.

 

6. Thực hiện calibration trên máy

Sau khi sensor đã ổn định, tiến hành trên thiết bị:

• Truy cập menu: CALIBRATION → chọn sensor DO → AIR CAL / 100% DO (tùy model HACH mà tên menu có thể khác nhau).
• Khi giá trị ổn định, thiết bị sẽ xác định điểm hiệu chuẩn tương ứng với 100% saturation.
• Một số hệ thống HACH sẽ hiển thị slope sau khi calibration, được sử dụng để đánh giá tình trạng của sensor cap. (Hach)
• Nếu calibration thành công, thiết bị sẽ lưu calibration data.

7. Có cần hiệu chuẩn 0% DO không?

Không phải lúc nào cũng cần. Đối với nhiều ứng dụng thông thường, 100% DO calibration là phương pháp chính.

Tuy nhiên, nếu cần đo các mẫu có DO rất thấp, đặc biệt dưới 1 mg/L, HACH khuyến nghị thực hiện thêm 0% calibration. Khi đó hệ thống sẽ kết hợp:

• 100% calibration: Xác định điểm DO = 100% saturation.
• 0% calibration: Xác định điểm DO ≈ 0 mg/L.

Kết hợp hai điểm giúp kiểm tra và hiệu chỉnh chính xác cả hai đầu của khoảng đo.

8. Chuẩn 0% DO được tạo như thế nào?

Có một số cách tạo môi trường không có oxy:

• Cách 1 – Khí Nitrogen: Sục khí N₂ trực tiếp vào nước để loại bỏ hoàn toàn O₂.
• Cách 2 – Dung dịch hóa học: HACH mô tả việc sử dụng hỗn hợp ascorbic acid + sodium hydroxide để loại oxy trong nước. Các phương pháp cũ sử dụng sodium sulfite và cobalt catalyst hiện không còn được HACH khuyến nghị do vấn đề an toàn. (Hach)

Do đó, nếu cần thực hiện 0% calibration, nên tuân thủ chính xác recipe của model cảm biến, không tự ý thay đổi hóa chất.

9. Khi nào nên hiệu chuẩn lại?

Không có một con số duy nhất áp dụng cho mọi cảm biến. HACH đưa ra hướng dẫn kiểm tra thực tế đối với LDO:

• Kiểm tra định kỳ: Nếu cảm biến được sử dụng ít hơn khoảng một lần/tuần, có thể kiểm tra bằng chuẩn 100%. Nếu kết quả nằm trong khoảng ±3% so với giá trị chuẩn, có thể tiếp tục sử dụng calibration hiện tại.
• Lệch > 3%: Nếu kết quả kiểm tra lệch trên 3%, HACH khuyến nghị calibration lại bằng chuẩn 100%.
• Lệch > 10%: Nếu kết quả kiểm tra lệch trên khoảng 10%, nên thực hiện calibration 2 điểm 0% + 100%. (Hach)

Ngoài ra, nếu cảm biến đã không được sử dụng trong thời gian dài, HACH khuyến nghị kiểm tra và calibration lại trước khi đưa vào vận hành. (Hach)

10. Những lỗi thường gặp khi hiệu chuẩn DO quang học

• Sensor cap bị ướt: Nếu nước bám trực tiếp trên sensor cap trong quá trình calibration 100% air, môi trường calibration không còn đúng yêu cầu. Khắc phục: Lau khô nhẹ nhàng bằng khăn không gây xước.
• Có bọt khí: Bọt khí gây tín hiệu không ổn định, thời gian đáp ứng lâu và lỗi calibration. HACH khuyến nghị loại bỏ hoàn toàn bọt khí. (Camlab)
• Nhiệt độ chưa ổn định: Chưa chờ sensor và môi trường đạt cân bằng nhiệt. Khắc phục: Chờ đủ thời gian trước khi nhấn READ/CAL.
• Sensor cap bị xước: Sensor cap bị hư hỏng cơ học ảnh hưởng đến tín hiệu quang học. Nếu lớp coating nhạy oxy bị hỏng nghiêm trọng, cần thay sensor cap và iButton tương ứng. (Hach)
• Sensor tiếp xúc trực tiếp với nước: Nhầm lẫn giữa 100% air calibration và nhúng sensor trực tiếp vào nước. Mục tiêu là tạo không khí bão hòa hơi nước chứ không phải nước có DO 100%.

11. Hiệu chuẩn bằng mẫu chuẩn có nồng độ DO xác định

Ngoài air calibration, một số thiết bị HACH cho phép hiệu chuẩn bằng dung dịch có nồng độ DO xác định theo mg/L. Ví dụ, trên một số HQd meter có tùy chọn User – mg/L, cho phép nhập giá trị chuẩn từ 2,00 đến 20,00 mg/L tùy cấu hình. (Hach)

Ngoài ra, đối với LDO sc Model 2, HACH cho phép Sample Calibration bằng cách so sánh với một thiết bị DO chuẩn hoặc phương pháp Winkler. (Hach). Tuy nhiên, với hệ thống online, cần đặc biệt cẩn thận khi dùng phương pháp so sánh vì sai số của thiết bị tham chiếu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả calibration.

12. Air calibration và Sample calibration khác nhau thế nào?

Bảng so sánh chi tiết giữa hai phương pháp hiệu chuẩn:

Tiêu chí	Air Calibration	Sample Calibration
Môi trường	Không khí bão hòa nước	Mẫu nước
Điểm hiệu chuẩn	Thường 100%	Giá trị DO xác định
Mục đích	Hiệu chỉnh slope	Hiệu chỉnh offset
Độ thuận tiện	Cao	Phức tạp hơn
Yêu cầu thiết bị tham chiếu	Không	Thường cần

 

Với LDO sc, HACH mô tả Air Calibration là phương pháp khuyến nghị và Sample Calibration là phương pháp so sánh với thiết bị DO cầm tay hoặc Winkler. (Hach)

13. Một vấn đề quan trọng: Áp suất khí quyển

Khi hiệu chuẩn DO theo % saturation, áp suất khí quyển và độ cao có ảnh hưởng lớn đến kết quả. Hệ thống LDO có thể sử dụng thông tin áp suất môi trường để tính toán chính xác hàm lượng DO. (Hach)

Do đó, nếu cấu hình Elevation, Atmospheric pressure, hoặc Barometric pressure không chính xác, kết quả % saturation sẽ bị sai lệch. Tài liệu hướng dẫn của HACH luôn yêu cầu kiểm tra cài đặt áp suất không khí và độ cao khi thực hiện air calibration. (ManualsDir)

14. Quy trình thực tế nên áp dụng

Nếu bạn đang làm việc trong phòng thí nghiệm hoặc vận hành hệ thống đo DO thực tế, hãy tuân thủ quy trình chuẩn sau:

• Kiểm tra tổng quan sensor
• Vệ sinh sensor cap sạch sẽ
• Rửa lại bằng nước DI
• Lau khô nhẹ nhàng bằng khăn mềm không xước
• Chuẩn bị BOD bottle
• Cho một lượng nhỏ nước sạch vào đáy bình
• Đặt sensor vào bình (chú ý không để sensor cap chạm nước)
• Chờ nhiệt độ đạt trạng thái cân bằng ổn định
• Thực hiện lệnh AIR CAL / 100% DO trên máy đo
• Chờ tín hiệu ổn định hoàn toàn
• Lưu dữ liệu calibration
• Kiểm tra lại bằng dung dịch chuẩn
• Đưa sensor trở lại hệ thống đo mẫu

Đối với các cảm biến HACH LDO, đây là phương pháp tiếp cận chuẩn mực phù hợp với khuyến nghị của nhà sản xuất. (Hach)

15. Lưu ý đặc biệt với DO Online

Nếu là DO online trong bể xử lý nước thải công nghiệp hoặc dân dụng, tuyệt đối không nên tùy tiện tháo sensor ra calibration quá thường xuyên.

Các cảm biến LDO sc hiện đại của HACH được thiết kế với tiêu chuẩn factory calibrated cao cấp và có khả năng tự theo dõi tình trạng sensor. HACH cũng tích hợp hệ thống chẩn đoán thông minh như Prognosys trên một số dòng để cảnh báo sớm tình trạng bảo trì. (Hach)

Quy trình chuẩn: Quy trình vận hành tối ưu khuyên dùng:

• Online measurement
• → Kiểm tra xu hướng (trend)
• → Kiểm tra diagnostic
• → Verification (kiểm tra xác thực)
• → Chỉ calibration khi thực sự cần thiết hoặc theo đúng SOP/quy định.

Điều này giúp tránh việc calibration không cần thiết, bởi thao tác calibration sai đôi khi có thể làm kết quả đo tệ hơn so với calibration gốc của nhà sản xuất.

Kết luận

Hiệu chuẩn cảm biến DO quang học thực chất không quá phức tạp, nhưng điều kiện thực hiện phải hoàn toàn chính xác. Điểm quan trọng nhất cần ghi nhớ là với 100% air calibration, cảm biến bắt buộc phải nằm trong không khí bão hòa nước và sensor cap tuyệt đối không được ngâm chìm trong nước.

Đồng thời, cần kiểm soát chặt chẽ các yếu tố: Nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển/độ cao, bọt khí, tình trạng sensor cap và độ ổn định tín hiệu. Đối với các dòng HACH LDO, nếu kết quả kiểm tra chuẩn 100% lệch trên 3%, nên cân nhắc calibration lại; nếu lệch lớn trên 10%, cần kiểm tra và thực hiện calibration 2 điểm (0% + 100%) theo đúng tài liệu hướng dẫn kỹ thuật. (Hach)

Sản phẩm cảm biến DO quang học và thiết bị đo tại DongNamLab

Để đáp ứng nhu cầu đo lường và hiệu chuẩn DO chính xác trong phòng thí nghiệm cũng như quan trắc online, DongNamLab cung cấp các dòng sản phẩm chính hãng hàng đầu từ HACH:

• Cảm biến DO quang học HACH LDO sc: Hệ thống cảm biến đo oxy hòa tan quang học tiên tiến, độ bền cao, bảo trì thấp.
• Máy đo DO cầm tay HACH HQd: Thiết bị cầm tay chuyên dụng tương thích với các đầu đo Intellical thông minh, hỗ trợ đa tùy chọn hiệu chuẩn.
• Bộ phụ kiện và dung dịch hiệu chuẩn DO: Dung dịch và phụ kiện chuẩn hóa chính hãng phục vụ quy trình hiệu chuẩn 100% air và 0% DO.

Truy cập ngay website dongnamlab.com để tìm hiểu thêm chi tiết kỹ thuật và nhận báo giá tốt nhất cho các thiết bị phân tích nước chính hãng.

 

Hotline: 0986 316 960
Website: www.dongnamlab.com
Email: info@dongnamlab.com.vn
Văn phòng: Số 23/30 Đường C1, Phường Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam