97-1-12 rap1 - Soilpedia

SAMENVATTING
Ontwikkeling zuurstofsonde
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) is vereist, alsmede voor de meting van de fotosynthese-activiteit, zijn
glazen micro-elektroden (Clarck-elektroden) aan te bevelen. Voor de in situ meting van de zuurstofconcentratie
zijn mini-elektroden ontwikkeld. Dit type, waarin de elektrode in een roestvrijstalen
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
basisprototype ontwikkeld, dat 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 de stabilisatie
kunnen de signalen worden afgelezen. Met het basisprototype zijn binnen het project 'Imbibitie
en drainage' veelbelovende testresultaten verkregen. Het doel van het onderhavige project is het
(uit)ontwikkelen van prototypen in situ zuurstofsonden, inclusief bijbehorend systeem voor datalogging
en software, voor de karakterisatie en monitoring van zuurstofgehalten in de bodem.
Het basisprototype 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 is
waargenomen met betrekking tot de afname van het zuurstofgehalte in de diepte. Ook het detecteren
van de nulconcentratie heeft geen problemen opgeleverd. 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 het basisprototype 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.
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 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
(wat bij beschadiging tot foutieve meetwaarden leidt) het zuurstofgehalte te meten. 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 begin 2000 operationeel.
Aan de hand van een schriftelijke enquête 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
vi