نحوه اندازه گیری سطح CO2 در آکواریوم

اندازه گیری CO2 آکواریوم گیاهی

اندازه گیری CO2 آکواریوم – داشتن سطوح بهینه دی اکسید کربن از طریق تزریق دی اکسید کربن به گیاهان آبزی اجازه می دهد در مقایسه با آکواریوم های بدون دی اکسید کربن با سرعت 7 برابر تا 10 برابر رشد کنند. در یک آکواریوم بدون تزریق CO2، میانگین سطح دی اکسید کربن 1 الی 3  قسمت در میلیون (ppm) خواهد بود.

در آکواریومی که CO2 دارد، حتی در مقدار کم اشباع CO2 در آب نیز مزایایی را مشاهده خواهید کرد. مقدار 10 تا 15 (ppm) دی اکسید کربن باعث رشد بیشتر چمن های آکواریومی رایج و گیاهان آسان تر می شود. با این حال، سطوح اشباع پایین‌تر با نوسان‌های بیشتری مواجه می‌شوند و برخی از گونه‌های گیاهی دشوارتر، زمانی که اشباع CO2 بالاتر باشد، میزان موفقیت بالاتری دارند.

افزایش رشد و قدرت گیاه نیز باعث می شود گیاهان در برابر جلبک ها مقاوم تر شوند. با در دسترس بودن کربن اضافی، گیاهان قادر خواهند بود به طور کامل خود را با مواد شیمیایی دفاعی لازم برای جلوگیری از چسبیدن جلبک به برگ ها مجهز کنند.

مقدار 35 (ppm) دی اکسید کربن سطح هدف توصیه شده ما برای افرادی است که مشتاق رشد گونه های چالش برانگیزتر هستند.

این سطح دی اکسید کربن تا زمانی که تبادل گازی کافی در سطح آب برای خروج گاز اضافی وجود داشته باشد، توسط اکثر ماهی ها به خوبی تحمل می شود.

رنگ های غنی تر، تراکم رشد بیشتر، سلامتی بهتر. همه اثرات داشتن سطوح بهینه CO2 است.

بخش دشوار اندازه‌گیری سطح CO2 در آکواریوم این است که روش‌های فعلی که برای آزمایش سطوح CO2 برای علاقه‌مندان در دسترس است یا برای اجرا مشکل‌ساز هستند یا آسان اما نادرست هستند.

1. اندازه گیری CO2 آکواریوم (دقیق اما گران قیمت)

صنعت پرورش ماهی و صنعت سخت‌افزار آزمایشگاهی دارای ابزارهایی هستند، که می‌توانند سطوح CO2 محلول را به دقت اندازه‌گیری کنند، با این حال، هزینه قابل توجهی دارند.

یک آنالیزور CO2 به نام OxyGuard برای اندازه گیری سطوح CO2 وجود دارد. دی‌اکسید کربن محلول آزاد را مستقیماً اندازه‌گیری می‌کند و با استفاده از یک پروب غشایی خاص (دقت ppm 1) تحت تأثیر کربنات‌ها یا سایر مواد محلول قرار نمی‌گیرد. این دستگاه برای کالیبره کردن روش های دیگر استفاده می شود.

این گزینه برای علاقه مندانی که طرفدار تجهیزات شیک تر هستند، مناسب است. اما هزینه ای بسیار بالا دارد.

آنالیزور OxyGuard بسیار دقیق است. این کاوشگر محتوای دی اکسید کربن آب را مستقیماً با تشخیص فشار جزئی دی اکسید کربن در آب اندازه گیری می کند و قرائت آن به اندازه گیری pH بستگی ندارد.

2. اندازه گیری CO2 آکواریوم (آسان اما نادرست: چک کردن قطره)

دستگاهی به نام “دراپ چکر” حاوی محلولی است که با رنگی همراه است که بسته به PH محلول تغییر رنگ می دهد. این دستگاه به دیواره جانبی آکواریوم متصل می شود و هوای محلول را از آب آکواریوم اطراف جدا می کند. برای اندازه گیری ایده آل، CO2 از آب آکواریوم جدا می شود و با محلول داخل گوی ترکیب میشود و با توجه به مقدار pH تغییر رنگ می دهد. محلول چک کننده از رنگ آبی شروع می شود که نشان دهنده سطح پایین CO2 محلول در آب مخزن است. همانطور که CO2 آب مخزن را اشباع می کند و در محلول رنگی پخش می شود، به تدریج سبز می شود که نشان دهنده سطح بهینه CO2 است. اگر کسی CO2 بیشتری را به مخزن تزریق کند، چک کننده زرد می شود، که نشان می دهد سطح CO2 بیش از حد بالا است.

بسیاری از علاقه مندان استفاده از دراپ چکر را دوست دارند، اما آنها روش قابل اعتمادی برای تعیین سطح CO2 نیستند، عمدتاً به دلیل مشکلات تفسیر رنگ.

مشکلات در تفسیر رنگ و محدوده خطا

محلول 4dKH با مقادیر نظری اشباع CO2 با استفاده از روش Millero, 2002.

محلول‌های واقعی 4dKH در چک‌کننده‌های قطره با استفاده از آبی بروموتیمول به‌عنوان نشانگر در 10.7ppm CO2 سبز می‌شوند، این مقدار بسیار دور از 30ppm است. هر تغییر pH 0.1 به سمت پایین تقریباً 26٪ CO2 اضافی نسبت به pH قبلی است.

تفاوت زیادی در سطوح CO2 وجود دارد که بستگی به این دارد که آیا رنگ “سبز” در pH 6.7 باشد یا “سبز” در pH 7.0.

در حالی که محلول چک کننده در 10+ppm سبز می شود، این سطح پایین اشباع CO2 برای اکثر مخازن بهینه نیست. استفاده از آن برای هدف قرار دادن سطوح بالاتر، مثلاً 30 یا 40 ppm CO2 به دلیل رنگ‌های نزدیک رنگ‌های زرد مرتبط با آن سطوح، دشوار است.

رنگ دقیق نشان داده شده در چکر ها در این مخزن چیست؟

همانطور که CO2 در چک کننده قطره پخش می شود، لایه بالایی مایع چک کننده قطره ابتدا واکنش نشان می دهد و زمان زیادی طول می کشد تا کل محلول چک کننده قطره به طور یکنواخت رنگ دهد. در حالی که تشخیص نمودارهای رنگی روی صفحه کامپیوتر آسان به نظر می رسد، در زندگی واقعی، تعیین رنگ دقیق دشوار است.

تأخیر زمانی: چکرهای قطره ای با سطح اشباع CO2 30ppm به این مخزن اضافه شدند. بیش از 90 دقیقه طول کشید تا چکرها به طور کامل به رنگ ثابت (زرد) تغییر کنند.

در مواردی که سطح CO2 بیش از حد بالا باشد، ماهی ها احتمالاً قبل از چکر ها شرایط را نشان می دهند.

چک‌کننده‌های قطره‌ای نیز در هنگام روشن شدن CO2، به افت سطح CO2 بسیار آهسته واکنش نشان می‌دهند.

بسیاری از آکواریوم داران، چک‌کننده قطره را نزدیک سطح مخزن قرار می‌دهند، که بدترین موقعیت ممکن برای چک‌کننده قطره است. زیرا با گرفتن حباب‌های CO2 که معمولاً به آب سطحی مخزن می‌روند، مثبت کاذب می‌دهند. در صورت استفاده، چکرهای دراپ باید نزدیک ناحیه میانی یا زیرلایه قرار گیرند.

3. اندازه گیری CO2 آکواریوم با آزمایش تغییر در pH با تزریق CO2

با حل شدن گاز CO2 در آب، بخش کوچکی از آن به اسید کربنیک تبدیل می‌شود و اسیدیته آب را کاهش می‌دهد (که باعث کاهش سطح pH می‌شود). بنابراین، سطح CO2 را می توان با مقایسه PH آب مخزن قبل از شروع تزریق و در طول تزریق CO2 اندازه گیری کرد، که در طی آن pH به طور پیوسته کاهش می یابد. زیرا سطح CO2 در آب جمع می شود تا زمانی که به تعادل برسد. زمانی که میزان تزریق CO2 شما برابر با نرخ خروج گاز CO2 باشد.

رابطه pH-CO2 خطی است، اما نمایی، تغییر pH 1.0 به پایین به این معنی است که سطوح CO2 ده برابر از مقدار شروع افزایش یافته است. یعنی اگر PH شما در ابتدا 7.0 باشد و pH به 6.0 کاهش یابد و تنها تغییر CO2 به آب اضافه شود، آب با pH 6.0 در مقایسه با نمونه اولیه در pH 7.0 ده برابر مقدار CO2 دارد.

این رابطه بدون توجه به پایه KH خطی است. با استفاده از محاسبات، 0.1 تغییر pH به پایین نشان دهنده افزایش 26 درصدی CO2 نسبت به قرائت قبلی است. یعنی اگر PH شما در ابتدا 7.0 باشد، و pH به دلیل اضافه شدن CO2 به آب به 6.9 کاهش یابد، آب با pH 6.9 تقریباً 26٪ CO2 بیشتر از آب با pH 7.0 دارد.

مفهوم این امر این است که تغییر نسبی در سطوح CO2 زمانی که pH 0.1 نقطه کاهش می یابد، زمانی که آب از قبل با CO2 اشباع شده است بسیار زیاد است. و زمانی که آب دارای سطح اشباع CO2 پایینی است pH 0.1 نقطه کاهش می یابد، تغییر نسبی در سطوح CO2 کم است.

سطح پایه CO2 در آب راکد چقدر است؟

سطح پایه CO2 در آب ایستاده با توجه به مقدار CO2 موجود در جو و قانون هنری فقط 0.6ppm است. با این حال، بیشتر تانک‌های ماهی و گیاه بدون CO2، سطوح بالاتری نسبت به آب خالی به دلیل تنفس (ماهی، گیاه، میکروب‌ها) دارند. مخازن بدون تزریق CO2 به طور متوسط ​​حدود 2 الی 3  (ppm) دی اکسید کربن دارند. این سطح به عنوان سطح پایه CO2 در اکثر تسترهای ph استفاده می شود. بنابراین، افت 1 واحد pH از سطح پایه، سطوحی بین 20 تا 30 (ppm) دی اکسید کربن دارد.

نمودار CO2-pH-KH

علاقه مندانی که به ابزارهای اندازه گیری دقیق دسترسی دارند جدول CO2-pH/KH را به عنوان راهنما استفاده می کنند، اما این جدول اغلب توسط علاقه مندان به اشتباه استفاده می شود.

مشکلات جدول pH/KH/CO2

فرض اساسی جدول این است که تنها عوامل موثر بر PH CO2 و قلیاییت هستند. با این حال، در واقعیت، اکثر مخازن دارای تنوع زیادی از مواد دیگر هستند که علاوه بر KH بر pH تأثیر می‌گذارند. این شامل اسیدهای هیومیک از بسترهای بافر مانند aquasoil ذغال سنگ نارس یا اسیدهای آلی است. افزودنی هایی مانند کود مایع نیز pH را تغییر می دهند. بنابراین، در اکثر مخازن کاشته شده، جدول در اکثر مواقع قرائت دقیقی ارائه نمی دهد. بدتر این است که علاقه مندان راهی برای دانستن اینکه آیا جدول برای مخزن آنها کار می کند یا خیر، ندارند، زیرا آنها هیچ راهی برای محاسبه عوامل مختلفی که می توانند بر PH مخزن آنها تأثیر بگذارند، ندارند.

بسیاری از علاقمندان KH و pH آکواریوم خود را اندازه گیری می کنند، مقادیر روی جدول را مطابقت می دهند و به این نتیجه می رسند که مقدار عدد نشان دهنده سطح CO2 در آکواریوم آنها است. این منجر به برخی نتایج پوچ می شود، مانند مخازن بدون تزریق CO2 دارای سطوح بسیار بالا CO2، یا در مورد مخازن با تزریق CO2، داشتن ppm 100+ CO2 به دلیل داشتن PH پایین. تمام این قرائت های غلط به دلیل کاهش طبیعی pH مخزن به دلیل عوامل غیر CO2 اتفاق می افتد.

بنابراین، در حالی که جدول به عنوان مرجعی برای نحوه عملکرد رابطه pH/KH مفید است. در واقع، هیچ علاقه‌مندی داده‌های شیمی دقیق کافی در مورد آنچه در ستون آب خود است برای استفاده از آن به شیوه‌ای معنادار نخواهد داشت. تقریباً در هر سناریویی که از جدول استفاده می‌شود، از آن به عنوان منبع سوگیری تأیید در سناریوی حادثه استفاده می‌شود که در آن خوانش‌های علاقه‌مندان با مقادیر روی میز مطابقت دارد.

اندازه گیری CO2 آکواریوم با استفاده از روش افت pH

روش افت pH زمانی که آن را در برابر خوانش‌هایی که توسط تجزیه‌کننده CO2 آزمایش می‌کنیم، قابلیت اطمینان مناسبی دارد. نسبت به روش چک‌گر قطره یا برون‌یابی‌های جعلی سرگرمی‌ها با استفاده از نمودار CO2-pH-KH، نتایج بسیار مطمئن‌تری تولید می‌کند.

شما به دو مقدار نیاز دارید – pH قبل از تزریق CO2 و مقدار pH زمانی که CO2 به نقطه اشباع رسیده است. برای رسیدن به این نقطه ممکن است از 1 تا بیش از 4 ساعت تزریق CO2 بسته به سرعت تزریق و مکانیسم تبادل گازی مخزن جداگانه طول بکشد.

همچنین می‌توان عکس آن را انجام داد، با مقایسه PH در مخزن زمانی که CO2 اشباع شده است، سپس نمونه‌گیری و گاززدایی آن از CO2 با هم زدن/تکان دادن نمونه در معرض هوا. این روشی است که ما به مردم توصیه می کنیم از آن استفاده کنند.

عوارض با روش افت pH

مشکل استفاده از روش افت pH در به دست آوردن یک نمونه گاز زدایی مناسب از آب مخزن است.

بسیاری از مخازن گاز CO2 را در مواقعی که CO2 خاموش است به طور کامل خاموش نمی کنند. این بدان معناست که حتی پس از خاموش شدن CO2، مخازن عموماً همچنان سطح بالایی از CO2 (معمولاً 5-ppm8) برای ساعات زیادی دارند، اغلب تا روز بعد. برای به دست آوردن یک نمونه بدون گاز، توصیه می کنیم یک نمونه از آب مخزن بگیرید و مخلوط را برای چند دقیقه هم بزنید/تکان دهید.

برخی از افراد سعی می کنند روش افت 1 pH را با مقایسه pH زمانی که CO2 برای چندین ساعت خاموش می شود با pH زمانی که CO2 روشن است و برای چند ساعت باقی می ماند تا اشباع شود، انجام دهند. با این حال، از آنجایی که بیشتر مخازن مقدار زیادی CO2 را برای ساعت های طولانی در آب نگه می دارند، این می تواند منجر به خوانش اشتباه شود. یعنی اگر مخزن فقط 5ppm CO2 (2ppm بالاتر از میانگین پایه) را حفظ کند، افت 1pH به معنای رسیدن مخزن به 50ppm CO2 است.

از ریاضیات بالا به یاد داشته باشید که یک افت pH به 10 برابر مقدار CO2 در مقایسه با خواندن پایه نیاز دارد.

افراد زیادی متوجه خواهند شد که این روش شکست خورده است، زیرا هر چقدر هم که در مخزن خود تزریق کنند، به نظر نمی رسد که به نقطه افت pH 1 برسد (زیرا CO2 اضافی از آب خارج می شود) یا متوجه می شوند که ماهی هایشان شروع به نفس کشیدن برای هوا می کند. سطح حتی اگر به 1 افت pH کامل نرسیده باشند.

گاز زدایی نمونه ای از CO2 و مشاهده افزایش pH

ما از یک همزن مغناطیسی در آزمایشگاه برای گاز گرفتن نمونه آب مخزن استفاده می کنیم. اقدام معادلی که یک علاقه‌مند می‌تواند انجام دهد. این است که نمونه‌ای از آب را از مخزن گرفته و آن را برای چند دقیقه هم بزنید/تکان دهید در حالی که اجازه می‌دهد نمونه هوا بخورد. حتی با هم زدن/تکان دادن شدید، اکثر نمونه‌های گاز زدایی شده که اندازه‌گیری می‌کنیم، همچنان سطح CO2 باقیمانده در حدود 2-ppm3 دارند. این میانگین نتیجه ای است که علاقه مندان می توانند محاسبات خود را بر اساس آن انجام دهند.

یک محدوده کلی خوب برای هدف، تغییر 1 نقطه کامل pH است. به عنوان مثال، اگر pH مخزن شما از 7.5 شروع شود، برای زمانی که CO2 در طول تزریق CO2 به اشباع برسد، pH 6.5 را هدف قرار دهید. از مقدار گاز زدایی شده 3ppm CO2، این مقدار حدود 30+ppm CO2 به شما می دهد.

یک نقطه اختلاف افت pH بین نمونه گاززدایی و تزریق CO2 در نقطه اشباع را هدف قرار دهید و در منطقه خوبی خواهید بود.

برای افرادی که محدوده بالاتری از CO2 – 40ppm و بالاتر را هدف قرار می دهند، می توان افت pH 1.3 تا 1.4 را هدف قرار داد. اکثر گونه های ماهی معمولی هیچ واکنش نامطلوبی به  40 (ppm) دی اکسید کربن ندارند. در حالی که این روش مقداری خطا دارد (به عنوان مثال، نمونه ای که به خوبی گاز زدایی شده می تواند تنها 2ppm CO2 باقیمانده داشته باشد – که نشان می دهد افت 1 pH فقط میزان اشباع CO2 را 20+ppm می کند)، در چنین حالتی، مخزن به 1.2 نیاز دارد. pH کاهش می یابد تا سطح CO2 را از 2ppm به 31~ (ppm) دی اکسید کربن افزایش دهد. در آزمایش‌های عملی در برابر قرائت‌هایی که توسط آنالیزور CO2 انجام می‌شود، یک افت pH با استفاده از روش گاززدایی که در بالا توضیح دادیم، آن را به 30 (ppm) دی اکسید کربن میرساند.

یک نمونه گاز زدایی شده واقعی – که برای مدت طولانی (ساعت ها) در مکانی با تهویه مناسب یا شاید با جوشاندن نمونه رها شود، به سطح پایه واقعی CO2 محلول مطابق با قرائت های جوی و قانون هنری 0.6 (ppm) دی اکسید کربن می رسد. . در این سطح، pH باید 1.7 نقطه کاهش یابد تا با افزایش متناظر سطح از 0.6 به 30 (ppm) دی اکسید کربن مطابقت داشته باشد.

همیانتوس کوبایی

همیانتوس کوبایی یکی از بهترین گیاهان شاخص برای سطوح CO2 است. در سطوح زیر بهینه گیاه به صورت دوکی و عمودی با برگ های کوچک رشد می کند. با سطوح خوب CO2، فرم خزنده قوی با برگ های اندازه خوب را نشان می دهد. همیانتوس کوبایی یک آزمایش بسیار خوب برای CO2 است زیرا از نظر لقاح خیلی سخت نیست. من آن را در هر مخزن به عنوان سنج CO2 پرورش می دهم. به اندازه کافی کوچک و غیر توصیفی است که در پیش زمینه هر تانکی وجود داشته باشد.

روتالا روتوندیفولیا

عکس سمت چپ چندین نشانه از مشکلات کلاسیک CO2 را در Rotala rotundifolia نشان می دهد.

میانگره های کشیده، الگوهای رشد ناهموار و برگ های کوچکتر در رشد جدید. میانگره های کشیده اغلب به ترکیب هر دو CO2/O2 ضعیف اشاره می کنند، بیشتر در این مورد تحت تبادل گازی بخش پوشش داده شده است. تصویر سمت راست همان گونه را در شرایط بهتر نشان می دهد.

لودویجیا سوپر رد

به نازک شدن ساقه و شکل های کوچکتر برگ در تصویر سمت چپ لودویجیا سوپر رد توجه کنید. فرم کلی برگ نیز کوچکتر است.

در عکس سمت چپ، رشد مسن‌تر به‌طور مشخص قرمزتر، شکل‌گرفته‌تر به نظر می‌رسد. این نشان می دهد که شرایط فعلی مشکل ساز است، در حالی که گیاه در گذشته رشد بهتری داشته است.

آلترنانترا رینکی

در سمت چپ، دراز، شکل رشد شل آلترنانترا رینکی ، رایج در بسیاری از مخازن کاشته شده بدون CO2 در مقابل فرم متراکم تر رنگی تر تحت CO2 و روشنایی خوب.

تفاوت در اندازه و رنگ برگ را مشاهده کنید. شکل کلی رشد گیاه نیز متراکم تر است و دسترسی به CO2 خوبی دارد. CO2 به تنهایی رنگ خوبی ایجاد نمی کند. با روشنایی و لقاح خوب دست به دست هم می دهد.

مونت کارلو

Micranthemum monte carlo یکی از ساده ترین گیاهان پیش زمینه است. بسیاری از مخازن بدون تزریق CO2 می توانند آن را با موفقیت رشد دهند.

با این حال، شکل رشد کوچکتری (سمت چپ) در مقایسه با مخازن غنی شده با CO2 (راست) نشان می دهد. به برگ های بسیار کوچکتر توجه کنید. رشد قوی کمتر نیز آن را در برابر جلبک ها آسیب پذیرتر می کند.

خزه ریکاردیا

اکثر خزه ها می توانند در سطوح پایین CO2 زنده بمانند و برای مخازن بدون تزریق CO2 مناسب هستند. در اینجا خزه ریکاردیا فرم رشد کاملتر و فشرده تر را در محیطی با CO2 بالا در سمت راست نشان می دهد. همچنین در لمس سفت تر می شود.

خروج گاز / تبادل گازی

خروج گاز / تبادل گازی زمانی اتفاق می افتد که تماس بین سطح آب و هوا وجود داشته باشد. سطح O2 و CO2 مخزن را به غلظت اتمسفر نزدیک می کند. در مخازن کاشته شده ما به مقدار مشخصی از این نیاز داریم. این در ابتدا غیر شهودی به نظر می رسد، اما تنظیم سطوح CO2 را بسیار آسان تر می کند. همانطور که تزریق CO2 شما به نقطه اشباع می رسد. از آنجا که مخزن یک سیستم بسته است، سرعت تزریق شما در نهایت برابر با نرخ گاز خارج شدن CO2 خواهد بود.

اگر می خواهید با سرعت بیشتری تزریق کنید – باید مکانیسم گازگیری کافی برای جلوگیری از تجمع کشنده وجود داشته باشد. برای داشتن یک نرخ اشباع زیاد، اما غیر کشنده CO2 در مخزن. از قضا به ترکیبی از مکانیسم گازرسانی خوب و نرخ بالای تزریق CO2 نیاز داریم.

تبادل گازی خوب کار چندان سختی نیست. اولاً، مقدار مناسبی از هم زدن سطح و سطح آب تمیز داشته باشید. (اسکیمرهای سطحی، سامپ). ثانیاً لایه بالایی آب با لایه عمیق تر در مخازن چرخش خوبی داشته باشید. (این معمولاً به این معنی است که خروجی فیلتر یا یک پمپ در نزدیکی سطح آب وجود دارد).

جریان آب

جدای از یادگیری تنظیم سطح CO2 به خوبی، توزیع یکنواخت آن در سراسر مخزن. تنها بزرگترین ضریب تاثیر در مخزن کاشته شده CO2 تزریق شده است.

در صورت استفاده از دیفیوزر استاندارد CO2، باید آن را در قسمت پایین جریان در دیواره مخالف خروجی فیلتر قرار داد. غبار CO2 باید توسط جریان تا آخر به سمت پایین کشیده شود.

اگر این امر قابل دستیابی نباشد، به این معنی است که یا نرخ جریان فیلتر برای اندازه مخزن بسیار کم است. یا اینکه پخش کننده CO2 به اندازه کافی مه تولید نمی کند. (این برای پخش کننده های CO2 ارزان یا ضعیف رایج است).

جریان آب در مخزن

در مخزن بالا، لوله لیلی دو عملکرد را به خوبی انجام می دهد. اول اینکه تبادل آب بین لایه سطحی و لایه های عمیق تر در مخزن ایجاد می کند (مکانیسم گازگیری خاموش). ثانیا، غبار CO2 را به گیاهان فشار می دهد که در آنجا می توان از آن استفاده کرد.