Что такое ОВП и как измеряется
В не зависимости от того, для каких нужд используется вода – бытовых, для питья, приготовления пищи, в аквариумистике или при эксплуатации плавательных бассейнов, в промышленности как охладитель или участвует в производственном цикле (от производства соков до разбавителя в фармацевтике), всегда остро стоит вопрос определения параметров качества воды.
Речь идет как о здоровье людей (химические загрязнения, бактериологическая чистота), так и о работоспособности оборудования (чтобы не было накипи из-за жесткой воды, коррозии трубопроводов и т.д.), а также о бережной отношении к природе, не только сейчас, но и думая о наших потомках.
Одним из важных показателей качества воды (речной, озерной, водопроводной) наряду с наиболее известным – пш уровнем, является окислительно-восстановительный потенциал или сокращенно ОВП, впрочем однозначно и хорошо знакомый тем, кто с анализом качества воды имеет дело ежедневно.
Учитывая набор терминов, по всей видимости, эта величина связана одновременно с химией и электричеством и это действительно так.
Впрочем, практически каждый измерительный прибор работает по одной и той же схеме – датчик физической величины, и электронная схема, переводит это значение в электрическую величину на основании встроенной таблицы калибровок (соответствия).
Не исключение и ОВП-метры, о которых мы сегодня тоже поговорим, н начнем с определений, пояснений и примеров, что именно у нас окисляется, восстанавливается и для чего.
Что такое окислительно-восстановительный баланс
Сначала - небольшое вступление. Имея измеренный показатель ОВП, можно объективно судить о том, способны ли естественные водоемы: озера, реки, ручки восстанавливаться от донных загрязнителей ? О чем идет речь ?
- Вся органика от погибших водных жителей скапливается на дне: мертвая рыба, раки, речные животные, растения – все падает вниз и выделяет газы, которые растворяются в воде, тем самым вытесняя кислород.
- Нарушается баланс. Точнее он может нарушиться, если приток кислорода меньше, чем его исход из-за насыщения воды другим газами: например метаном.
- ОВП и показывает текущую ситуацию (она может меняться плавно в будущем: через месяц, квартал или год, а может и резко – если произошла например массовая гибель рыбы из-за отравления после сброса отработанной воды с завода или смыло удобрения в реку с полей фермеров) – справится ли водоем с “вызовом” или превратится постепенно в болото.
Если ОВП велико, это говорит о том, что кислорода в воде достаточно. Это может происходить из-за воздухообмена – кислород проникает в поверхностные слои и распределяется по водной толще. Но важнее, что бактерии, присутствующие в воде, со своей ролью справляются на отлично, т.е. разлагают мертвую органику, тем самым выступая как природные очистители воды. Иными словами, окислительно-восстановительный баланс это в значительной мере косвенная оценка жизнедеятельности бактерий.
Картина может меняться и гораздо на более длительном временном интервале. Это могут быть десятилетия, на протяжении которых, вода может как самоочищаться (ОВП растет), так и приходить в упадок, когда притока свежей воды нет, водоем закрытый. Как правило, присутствует неприятный запах разложения. Величина ОВП-потенциала здесь низкая.
В продаже представлены как переносные овп метры, так и лабораторные. В последнем случае пробы нужно отбирать и доставлять в лабораторию. Причем это несет риск изменения исходной концентрации кислорода в процессе транспортировки. Поэтому выгоднее измерять ОВП на месте.
Одним из самых явных примеров нарушения кислородно-водного баланса – Черное море.
Уже на относительно небольших глубинах, порядка 70-100 метров, концентрация кислорода близится к нулю. Что замещает молекулы O2 ? Метан и сероводород. То есть глубины для живого являются мертвыми.
Уже предвидим возражение. Если мы говорим о кислороде, то идет ли речь об оксиметрах ? С одной стороны в вопросе есть намек на общие связи этих двух приборов – оксиметра и ОВП метра. Но вопрос не совсем корректный.
У каждого устройства своя сфера применения. Да, количество растворенного кислорода и окислительно-восстановительный потенциал без сомнения связаны. Об этом свидетельствуют все приведенные нами примеры выше по поводу насыщенности кислородом воды в пресных и морских водоемах.
Однако эти приборы эти разные. Скажем так – овп метр дополняет информацию оксиметра, уточняет ее, делая картину качества воды более ясной, объективной. И сейчас мы поговорим об этом более предметно.
Но справедливости ради отметим, что да, действительно, целый ряд приборов, даже не поленимся и перечислим их: ph-метры, оксиметры, овп-метры, кондуктометры, TDS-метры, все они относятся к большой категории "анализ воды". Более того, в продаже сплошь и рядом, чтобы снизить цену (дисплей то и корпус один !) во-первых, и увеличить удобство пользователя, во-вторых, представлены приборы, измеряющие 2-3-4 показателя, с разными, подключаемыми через разъем или комбинированными электродами.
Про измерение с точки зрения окисления воды
Говоря об окислении, начнем с того, что сам кислород является окислителем. Процесс горения это тоже окисление, только быстрое, мгновенное. А ржавчина это тоже окисление, только медленное.
В целом же, соединение металлов и неметаллов с кислородом производят сотни различных оксидов. А также гидроксидов, если углубляться в химию, когда в основании имеется в составе гидроксильная группа (OH). Кстати, спирт, который является основой всех алкогольных напитков, тоже имеется OH группу: C2H5OH. Но это совсем другая тема…
Мы же обратимся к электрохимии. Если у одного из веществ имеет место недостаток электронов, оно будет пытаться получить их у другого вещества, с которым оно вступает в химическую реакцию.
- Тот компонент, который “забирает” электроны является окислителем и имеет значение ОВП со знаком +.
- А что же будет с веществом, у которого “своих” электронов хватает, даже с избытком. Отдавая электроны окислителю, это вещество является восстановителем. Или могут называться антиоксидантами.
Итак, у нас есть 2 образца воды.
Большее значение ОВП свидетельствует о том, вода имеет большие окисляющие свойства и наоборот.
Можно ли изменить значение ОВП ? Да, можно. Методы зависят от масштаба, имеющихся финансовых ресурсов и приемлемой цифры окислитетелньо-восстановительного баланса.
Понятно, что с болотом ничего не сделаешь. А вот с рекой – можно провести очистительные мероприятия: почистить, углубить дно, убрать мусор с поверхности (пластиковые бутылки, ветви, листья, стволы деревьев). Это уменьшит и количество растительных остатков, опускающихся на дно и сделает свободным движение воды, ускорит его, тем самыми больше насыщая кислородом.
С бассейнами все гораздо проще. Масштаб маленький. Мы уже упомянули, что ОВП коррелирует с жизнедеятельностью бактерий.
То есть с точки зрения микробной чистоты, вода становится более безопасной.
Если попадет в рот, глаза при купании, или при прямом употреблении в пищу. Речь идет о продаже бутылированной воды, бюветах, или воде из-под крана.
О каких дезинфицирующих средствах идет речь ?
Хлорка. Да, знакомый запах любителям поплавать в бассейнах. Хлорирование еще по-прежнему в строю (если конечно соблюсти баланс, не только окислительно-восстановительный, чтобы и на коже не было раздражении от химиката и не наглотаться вирусов). Мы говорим в данном контексте не о запахе, а об уничтожении бактерий в воде, а значит уменьшении ОВП, поскольку хлор избавляется от избытка электронов, отдавая их и прибор покажет, что значение ОВП увеличивается.
А цифры, цифры где ?! Спросите Вы. Уже сколько сказано, а ни слова ни о единицах измерения, ни о диапазоне, ни о том, как работают овп метры.
И это верно. Надо дать ответы на эти вопросы.
Принцип действия приборов
Ключевой элемент конструкции это электрод, и призванный собственно измерить способность воды переносить электроды. Этот чувствительный элемент выступает в двух ипостасях: если загрязнители в воде имеют окисляющую природу, то электрод выступает как донор, а если восстанавливающую, как акцептор.
Те, это знаком с принципом работы полупроводников, наверняка найдут аналогии с p-n переходом, который сделал революцию в XX-веке, в хорошем смысле, которая продолжается и по сей день, физически воплощенная в микропроцессорах в ваших ноутбуках и мобильных телефонах. И… в датчиках ОВП-метров.
Когда электроны движутся в растворе, то изменяется электродвижущая сила, т.е. имеем дело с разностью потенциалов (относительным показателем). А раз так, мы имеем сравнение, и ОВП-метры иногда могут называться дифференциальными, по аналогии с дифманометрами, которые сравнивают 2 давления.
В каких единицах измеряется ?
Как мы уже говорили, ОВП это величина электрическая. Измеряется она в мВ. То есть по факту это напряжение. Правда разность потенциалов судя по приставке “милли”, не велика. А как по-другому ? Если бы это было десятки Вольт, то вода бы током билась. Шутка. Но с долей истины. Например электрический скат. Или когда кто-то из умников подключил проводки к трубам отопления в многоквартирном доме, чтобы "отмотать" счетчик назад…
А теперь расширим перечень причин, от чего же зависит ОВП в воде. Кроме собственно микроорганизмов, о которых мы сказали.
Определяется в первую очередь растворенными веществами:
- соли металлов - карбонаты, сульфаты, фосфаты, нитраты);
- неорганические взвешенные частицы различного размера. То есть проще говоря, всевозможный мусор, грязь;
- органические вещества.
Фактически, все, что попадает в воду, оказывает воздействие на электродвижущую силу электронов, и число ОВП.
А теперь интересный пример. Поможет понять, что такое ОВП и какую роль он играет.
Человек на 70 % состоит из жидкостей. Основой которых является вода. А значит у нас тоже есть свой ОВП. Который составляет отрицательную величину -70мВ. Что происходит, когда мы употребляем в пищу водопроводную воду ? ОВП последней составляет от +150 до +450 мВ. Отрицательное встречается с положительным… Кислород, по сути живительная сила организма, "высасывается" выпитой водой, чтобы сбалансировать радикально отличающиеся показатели. Это касается кстати и пищи тоже, для которой также измеряется ОВП.
Как это контролировать и исправлять ?
Этим занимаются санитарные службы водоканалов, в обязанности которых входят рекомендации и контроль за установкой фильтров, прочих комплексных методов очистки воды, включая отстаивание в специальных накопительных бассейнах, где механически удаляются крупные осадки, добавление дезинфицирующих средств, обработка ультрафиолетовым излучением, аэрация.
Мы говорили до сих пор преимущественно о ручных, переносных orp-метрах, но в приведенных примерах есть смысл в установке стационарных измерителей окислительно-восстановительного показателя.