KNAW

Research

Development oxygen probe

Pagina-navigatie:


Update content


Title Development oxygen probe
Period 01 / 1999 - unknown
Status Completed
Research number OND1272610

Abstract (NL)

Inleiding. In situ metingen van zuurstof in de bovenste bodemlagen met behulp van zeer dunne tot dunne polarografische elektroden worden reeds langere tijd voor wetenschappelijk onderzoek uitgevoerd. Bij deze wetenschappelijke toepassingen wordt de concentratie van zuurstof gemeten in lagen met een dikte van enkele millimeters tot enkele centimeters. De dimensies van de elektroden zijn derhalve op deze schaal afgestemd. Wanneer in de diepte een zeer groot oplossend vermogen (0,01 mm) vereist is, alsmede voor de meting van de fotosyntheseactiviteit, zijn glazen micro-elektroden (Clark-elektroden) aan te bevelen. Voor de in situ meting van de zuurstofconcentratie zijn mini-elektroden ontwikkeld. Dit type, waarin de elektrode in een roestvrij stalen naald is geplaatst, wordt aangeduid als naaldelektrode. Deze micro- en mini-elektroden zijn door hun uitvoering als zodanig ongeschikt voor toepassing in projecten die betrekking hebben op bodemsaneringen. In het NOBIS-project 'Imbibitie en drainage' is, uitgaande van deze naaldelektrode, een zwaarder basic-prototype ontwikkeld, die zich kenmerkt door een grotere diameter (3 mm in plaats van 1 mm) en het feit dat er drie sensoren in dezelfde elektrode zijn geplaatst in plaats van één. De elektrode wordt toegepast in combinatie met een Edelmanboor. Na een boorslag wordt de elektrode in het boorgat geplaatst en tot in de ongeroerde grond gedrukt. Na stabilisatie kunnen de signalen worden afgelezen. Met het basic-prototype zijn binnen het project 'Imbibitie en drainage' veelbelovende testresultaten verkregen. Doel. Het doel van dit project is het (uit)ontwikkelen van prototypen in situ zuurstofsonden, inclusief bijbehorend systeem voor datalogging en software, voor karakterisatie en monitoring van zuurstofgehalten in de bodem. Knelpunten. Het in situ meten en monitoren van het zuurstofgehalte op een eenvoudige, betrouwbare en meervoudig toepasbare economische wijze is een probleem en staat de uitvoer van diverse in situ saneringen in de weg. Plan van aanpak. Er wordt voor de te ontwikkelen zuurstofsonde onderscheid gemaakt in het toepassingsgebied karakterisatie (vastleggen van de situatie) en monitoring (vastleggen van verandering). Het project is onderverdeeld in twee fasen die voor beide toepassingsgebieden worden doorlopen: - Fase 1: Technische en gewenste mogelijkheden (realisatie van basic- prototype, programma van eisen en randvoorwaarden, schetsontwerpen en toetsing). - Fase 2: Ontwikkeling van prototypen (ontwerpen van prototypen, testen van kritische componenten, realiseren van prototypen, testen van prototypen). Resultaten. Het basic-prototype is uitvoerig in het veld getest op circa 10 locaties met verschillende bodemopbouw. Uit de verkregen resultaten blijkt dat bij veel van de metingen een duidelijke trend werd waargenomen met betrekking tot de afname van het zuurstofgehalte in de diepte. Ook het detecteren van de nulconcentratie leverde geen problemen op. Bij de metingen zijn echter ook een aantal minder sterke punten naar voren gekomen. De ondervonden problemen zijn geen gevolg van het principe van de elektrode, maar van de technische uitvoering ervan. Geconcludeerd kan worden dat met de basic-prototype zuurstofelektrode weliswaar een meetinstrument wordt geboden met sterke potentiële mogelijkheden, maar dat het in de huidige uitvoering maar beperkt geschikt is voor de karakterisatie van bodems met betrekking tot de verdeling van zuurstof. Recentelijk heeft zich een nieuwe mogelijkheid voor de in situ meting van zuurstof aangediend, namelijk met behulp van een optische sensor. De coating van een glasfiber wordt door licht tot fluorescentie gestimuleerd. Zuurstof leidt tot een uitdoving van de fluorescentie. Het is nu mogelijk om bijvoorbeeld zuurstof te meten aan de hand van de faseverschuiving van het licht ten opzichte van een referentie (wat een grote hoeveelheid meetelektronica vereist) of de absolute hoogte van het nieuwe signaal te meten (wat bij beschadiging tot foutieve meetwaarden leidt). Van Essen Instruments en TNO hebben octrooi aangevraagd op een nieuw ontwikkelde meetmethode met een optische elektrode, die de voordelen van beide meetmethoden combineert en de nadelen overwint. Deze sensor is naar verwachting medio 1999 operationeel. Aan de hand van een schriftelijke enquete onder potentiële gebruikers van in situ meetinstrumenten (relatiebestand NOBIS/NOVEM) zijn programma's van eisen (pve's) opgesteld voor de te ontwikkelen instrumenten voor karakterisatie en monitoring. De pve's hebben tot doel aan te geven aan welke specificaties in situ meetinstrumenten voor zuurstof in de bodem moeten voldoen, opdat binnen de beperkende randvoorwaarden van sensoren en randapparatuur door 'de markt' gewenste en bruikbare meetinstrumenten kunnen worden ontwikkeld. Bij toetsing van de polarografische en de optische zuurstofsensor aan het pve voor de toepassing 'karakterisatie' blijkt de optische sensor beter te voldoen op de aspecten gewenst meetmedium (bodemvocht en bodemlucht), kruisgevoeligheid voor chemicaliën (H2S), gebruiksvriendelijkheid (geen referentie-elektrode nodig) en vermoede betrouwbaarheid (afwijking meetresultaat ten gevolge van beschadiging). Voor de toepassing 'monitoring' is de optische sensor te prefereren op grond van de betere prestaties bij de aspecten gewenst meetmedium (bodemvocht en bodemlucht), gebruiksperiode zonder ijking (één jaar), kruisgevoeligheid voor chemicaliën (H2S) en gebruiksvriendelijkheid (geen referentie-elektrode nodig). De overige eisen in het pve lijken voor beide typen sensoren goed haalbaar en kunnen dan ook niet discriminerend voor één van beide typen optreden. Samenvattend lijkt het erop dat de optische sensor de beste mogelijkheden biedt om tot een bruikbaar instrument te komen. Bij de verdere ontwikkeling van de zuurstofsonde zal dan ook gebruik worden gemaakt van de optische zuurstofsensor. Fase 2 van het project zal zich met name richten op de ontwikkeling van 'wegdrukapparatuur' voor het karakterisatie-instrument en de wijze van aanbrengen van het monitoringsinstrument.

Related organisations

Related people

Researcher Dr. H. van Gemerden
Researcher Ing. G.M.A. Ronteltap
Researcher Ir. K.R. Weytingh
Project leader Ing. J.H.A.M. Verheul

Classification

D12100 Metrology, scientific instrumentation
D16200 Software, algorithms, control systems
D18130 Soil

Go to page top
Go back to contents
Go back to site navigation