Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số môi trường nước và một số loại sensor

Ô nhiễm môi trường nước đang là vấn đề cấp thiết hiện nay trên thế giới do cuộc cách mạng công nghiệp hóa toàn cầu, nước bị ô nhiễm gây ra các ảnh hưởng tiêu cực đối với sức khỏe cộng đồng như gây các bệnh về hô hấp, da liễu, các bệnh truyền nhiễm, ung thư,…. Do đó, việc đánh giá hiện trạng môi trường nước là rất quan trọng để tìm ra giải pháp khắc phục tốt nhất, giảm ảnh hưởng tới mức tối thiểu tới sức khỏe con người. Hiện nay trên thế giới có nhiều nghiên cứu liên quan tới vấn đề chế tạo cảm biến nhạy với các thông số môi trường nước và xây dựng hệ thống có khả năng đo nhiều thông số trong một lần đo. Nhóm tác giả Song-Liang Cai sử dụng polime trộn với terbium (III) để phát hiện nồng độ Fe+3 trong nước. 

Cơ quan chủ quản Đại học Quốc gia Hà Nội phối hợp cùng với Chủ nhiệm đề tài Tiến sĩ Phạm Văn Thành đã trình bày về hệ thống thông minh đo độ đục của nước sử dụng các LED hồng ngoại làm bộ phát và cảm biến dựa trên vật liệu silicon làm bộ thu với góc phản xạ 90 độ, khoảng đo là từ 0 đến 100 NTU với giá thành rẻ. Việc thiết kế và chế tạo một hệ cảm biến với các thông số có thể đo được như pH, lượng oxi hòa tan DO, độ dẫn của nước dựa trên vật liệu cấu trúc nano bán dẫn RuO2 đã được chế tạo thành công bởi nhóm tác giả Serge Zhuiykov; đồng thời nhóm tác giả R. Martínez-Máñez trình bày về hệ cảm biến có thể đo nhiều thông số của môi trường nước như pH, lượng oxi hòa tan, độ đục và độ dẫn dựa trên công nghệ màng có độ dày lớn. Hơn thế nữa, nhóm tác giả R. Yue đã xây dựng thành công một hệ đo có khả năng thu thập các thông số môi trường nước bao gồm độ đục, pH, mật độ oxi trong nước và truyền dữ liệu thu được qua mạng không dây về máy chủ theo thời gian thực. Những nghiên cứu này cho thấy rằng hướng nghiên cứu các cảm biến đo thống số môi trường nước là một hướng nghiên cứu hấp dẫn và khả thi; đồng thời việc nghiên cứu một hệ thống có khả năng đo đạc, thu thập và đánh giá nhiều thông số môi trường nước theo thời gian thực đã được thực hiện thành công và hoàn toàn có khả năng triển khai nghiên cứu này ở Việt Nam nhằm giảm giá thành sản phẩm và làm chủ công nghệ chế tạo một thiết bị hiện đại, hướng tới phục vụ cho việc quan trắc môi trường nước theo thời gian thực.

Hiện nay, đã và đang có một số đề tài nghiên cứu trong nước về các hệ đo thông số môi trường nước, ví dụ như các sản phẩm máy đo độ dẫn điện dung dịch SCM-2000A, máy đo độ mặn SM-802, máy đo PH-1299, máy đo và điều khiển PH: PHC-62K,… của phòng điện tử ứng dụng, phân viện Vật lý thành phố Hồ Chí Minh; máy đo nồng độ oxy hòa tan và nhiệt độ DOT-01 của viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam,... Tuy nhiên các sản phẩm này chủ yếu đo 1 thông số môi trường nước và chưa có khả năng thu thập thông số theo thời gian thực. Trong nghiên cứu này này, nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu chế tạo một hệ thống có khả năng đo nhiều thông số một lúc, đồng thời có khả năng thu thập và đánh giá các thông số môi trường đo được theo thời gian thực, từ đó cảnh báo được tình trạng ô nhiễm của môi trường nước dựa theo các tiêu chuẩn nước thải Việt Nam. Đề tài cũng sẽ tập trung nghiên cứu và tự chế tạo một số loại cảm biến như cảm biến đo độ dẫn của nước từ đó tính ra tổng lượng chất rắn hòa tan (TDS) và cảm biến đo độ đục của nước, đồng thời nghiên cứu thiết kế hệ thống để có thể kết nối các cảm biến lại với nhau dùng để đo nhiều thông số theo thời gian thực.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

Trong nghiên cứu này, công các cảm biến đo thông số môi trường gồm cảm biến đo độ đục, cảm biến đo pH và cảm biến đo tổng lượng chất rắn hòa tan đã được chế tạo thành. Cảm biến độ dẫn được chế tạo dựa trên màng mỏng platinum có khả năng đo độ dẫn của dung dịch NaCl nồng độ trong khoảng 0-2000 ppm với độ tuyến tính cao. Cảm biến đo pH được chế tạo dựa trên thanh Nano ZnO mọc trên mạch in FR4 với dải đo từ 4 đến 12. Các kết quả cho thấy có độ tuyến tính cao giữa thông số đầu ra với các đại lượng cần đo. Các cảm biến được chế tạo có thể ứng dụng để xây dựng hệ đo thông số môi trường nước. Hệ đo đa thông số môi trường nước với các thông số có thể đo tích hợp gồm nhiệt độ, pH, TDS, và độ đục đã được chế tạo thành công. Hệ có khả năng đo liên tục theo thời gian thực các thông số và truyền dữ liệu thu thập được lên trang web thingspeak.com. Hệ thống có khả năng gửi tin nhắn cảnh báo tới một số điện thoại di động xác định khi một trong các thông số vượt chuẩn tới. Các kết quả cho thấy hệ thống đo đa thống số môi trường nước phù hợp sử dụng trong các ứng dụng về đo đạc và cảnh báo sớm tình trạng ô nhiễm với giá thành rẻ, khả năng hoạt động ổn định cao.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15260/2018) tại Cục Thông tin KH&CNQG.

Đ.T.V (NASATI)