Oxímetros portátiles

El oxígeno elemental se produce por cianobacterias, algas y plantas y todas las formas complejas de vida lo usan para su respiración celular. Un total de las tres cuartas partes del oxígeno de la tierra es producido por el fitoplancton en los océanos. Dado que el oxígeno es fácilmente soluble en agua, lo encontramos en ríos, lagos y mares, y es que las aguas están continuamente expuestas al aire atmosférico. 

Para conocer el estado de la contaminación en estos sistemas y asegurar la buena conservación del medio ambiente, se determina frecuentemente la cantidad de oxígeno soluble en el agua (por la presión parcial de oxígeno y la temperatura). Por esta razón, necesitamos instrumentos tales como los oxímetros portátiles, los cuales nos permiten medir el oxígeno disuelto. 

Impacto Medio ambiental del O₂

Biológicamente el oxígeno disuelto es absolutamente esencial para la supervivencia de todos los organismos acuáticos (no sólo peces también invertebrados como cangrejos, almejas, zooplancton, etc.). Si los niveles de O₂ en el agua bajan de 5.0 mg/l, la vida acuática peligra y si los niveles llegan a valores de 1-2 mg/l, en unas pocas horas podemos encontrar grandes cantidades de peces muertos.

Por todo ello el valor de O₂, el cual determinamos a partir de los oxímetros portátiles, es un excelente indicador de la calidad ambiental, ya que afecta además a otros factores como los bioquímicos y también estéticos como el olor, claridad del agua, y sabor. 

Afectaciones en la concentración sobre el oxígeno disuelto, controlables con oxímetros portátiles

A mayor temperatura el oxígeno disuelto es menos soluble en agua, significa que cuando el agua está demasiado caliente no habrá suficiente oxígeno en el agua. También cuando hay muchas bacterias o minerales acuáticos en el agua, forman una sobrepoblación, usando el oxígeno disuelto en grandes cantidades.

Los niveles de oxígeno también pueden ser reducidos a través de la sobre-fertilización (altos contenidos de nitratos y fosfatos) por la fuga desde los campos de cultivos. Bajo de estas condiciones, el número y el tamaño de las plantas acuáticas aumenta en gran cantidad, enturbiando el agua y la respiración de las plantas utilizaran todo el oxígeno disuelto disponible causando la muerte de la fauna (peces, etc.) Cuando las plantas mueran, ellas llegarán a ser comida para bacterias, las cuales tendrán alta multiplicación y usarán a su vez grandes cantidades de oxígeno.

Hoy nos encontramos que es imprescindible su control en diferentes procesos industriales, siendo uno de los más importantes en el tratamiento de las aguas residuales, donde se necesitan una gran cantidad de oxígeno para descomponer las sustancias orgánicas (degradación del carbono, la nitrificación y la desnitrificación en el tanque de aireación en las depuradoras).

Un control preciso del aporte de oxígeno supone un ahorro muy importante y este análisis se llevará a cabo con oxímetros portátiles

Otros usos es el control del contenido de oxígeno en las aguas de caldera y los sistemas de agua de alimentación, que deben mantener niveles de oxígeno lo más bajo posible, a fin de minimizar el peligro de corrosión en la caldera y las tuberías. 

En el proceso de elaboración de cerveza, los niveles correctos de oxígeno disuelto deberían ser menores a 100 ppb (partes por billón), dependiendo en gran medida de la cantidad de oxígeno disponible durante el proceso de fermentación, estos valores son los adecuados para obtener una cerveza con el color, turbidez, aroma y sabor adecuados. También se obtiene de esta manera, una vida útil más alta.

La cerveza fabricada está sujeta a la oxidación y es importante evitar que entre en contacto con el oxígeno en el momento de embotellarla, ya que produciría un cambio en su sabor (producido por la reacción de los polifenoles) e incluso en su color.

El oxígeno interviene de forma crucial en el proceso enológico completo, desde la recogida de la uva hasta el embotellado del vino y define las características sensoriales finales de los vinos.

Para producir vinos de calidad, es recomendable la oxigenación controlada de mostos y vinos durante su procesamiento obteniendo beneficios como estabilización del color, la reducción de la astringencia y el amargor y el empleo de menores dosis de sulfuroso. 

Se mide el oxígeno disuelto en el vino con oxímetros portátiles en barricas, depósitos y en botellas (en el espacio de cabeza de la botella e incluso el que entra a través del tapón) y dado que se conoce que cada mg de O₂ disuelto es capaz de consumir 4 mg de SO₂ libre, nos da la pauta para el ahorro en la adición del SO₂, importante para mantener el sabor y aroma adecuado.

Otra aplicación común es el control de oxígeno disuelto con oxímetros portátiles en piscicultura. La cantidad de oxígeno disuelto en el agua que necesita un organismo depende de la especie de éste, su estado físico, la temperatura del agua (los peces son peces de sangre fría, por lo que ellos utilizan más oxígeno en temperaturas altas cuando su velocidad metabólica aumenta), los contaminantes presentes, y más. Consecuentemente por esto es imposible predecir con precisión el mínimo nivel de oxígeno disuelto en el agua para peces específicos y animales acuáticos. Por ejemplo, a 5^oC, la trucha usa sobre 50-60 miligramos (mg) de oxígeno por hora, a 25^oC, deberían necesitar cinco o seis veces esa cantidad. 

La cantidad mínima estimada de oxígeno disuelto, controlada con oxímetros portátiles, que soportara una gran y diversa población de peces, es de 4 a 5 partes por millón (ppm). El nivel de oxígeno disuelto en las buenas aguas de pesca generalmente tiene una media de 9.0 partes por millón (ppm).

Métodos utilizados en el control de oxígeno disuelto con oxímetros portátiles 

Existen dos tipos básicos de medida de O₂, con sensores electroquímicos y con sensores ópticos. Los sensores electroquímicos incluyen tanto los de tipo galvánico como los polarográficos. 

Los electroquímicos disponen de una membrana permeable al oxígeno y un sistema de ánodo - cátodo en su interior, así el oxígeno fluye al interior del sensor reduciendo el oxígeno y creando una corriente que el medidor convierte en una medida de la concentración de oxígeno. 

En cambio, los ópticos LDO miden bajo el principio del fenómeno físico de la luminiscencia. Utilizan luminóforos que tienen la propiedad de emitir luz cuando son excitados por un estímulo que a su vez también es la luz. Emitiendo pulsos de luz azul a través del luminóforo, transfiere parte de su energía radiante y algunos de los electrones del luminóforo salten de su nivel energético básico a un nivel superior y estos electrones retroceden rápidamente a su estado original y la diferencia de energía se emite en forma de luz roja (que depende de la concentración del O₂) y es captada por un fotodiodo y transformada electrónicamente a valores de O₂.

¿Usos de un sistema u otro?

Si bien los sistemas electroquímicos son más baratos, tienen el inconveniente de un mayor mantenimiento (cambio regular de membranas, electrolito y de limpieza del ánodo-cátodo), necesita de calibraciones periódicas y otro inconveniente es que para una lectura fiable necesita de medir en flujo y que algunas sustancias envenenan el sistema, como por ejemplo el H₂S.

Los sensores ópticos LDO aunque son más caros, no necesitan mantenimiento, solo un cambio de capuchón de luminóforo, que suele tener una vida de entre uno a dos años, no necesita calibraciones periódicas, no necesita agitación de la muestra, no se contamina por agentes químicos, rápidas medidas y excelente sensibilidad a bajos niveles de O₂.

Labprocess ofrece soluciones para ambos sistemas, con los oxímetros portátiles XS, Oxy 7 Vio con electrodo polarográfico y el Oxy 70 Vio con electrodo óptico (LDO), este último con cables de 2 o de 10 m de longitud, útil para medidas en inmersión o lugares de difícil acceso. 

El Oxy70 Vio además se incluye datalogger y el software para obtener datos y guardarlos en su PC.