在线溶解氧仪表工作原理

在线溶解氧工作原理

溶氧仪

1.溶解氧的定义

 

溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）

溶解在水中的空气中的分子态氧称为溶解氧。

 

水中溶解氧的含量与空气中氧分压和水温密切相关。在自然条件下，空气中的含氧量变化不大，所以水温是主要因素。水温越低，水中溶解氧含量越高。溶解在水中的分子态氧称为溶解氧，通常表示为DO，以每升水中含氧的毫克数表示。水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的指标。

 

水中溶解氧含量受到两种作用的影响：

一种是使DO下降的耗氧作用，包括好氧有机物降解的耗氧，生物呼吸耗氧；

另一种是使DO增加的复氧作用，主要有空气中氧的溶解，水生植物的光合作用等。

这两种作用的相互消长，使水中溶解氧含量呈现出时空变化。

 

若以CH2O代表有机物，则有机物氧化分解反应式为：

CH2O＋O2→CO2＋H2O

 

如果水中有机物含量较多，其耗氧速度超过氧的补给速度，则水中DO量将不断减少，当水体受到有机物的污染时，水中溶解氧量甚至可接近于零，这时有机物在缺氧条件下分解就出现腐败发酵现象，使水质严重恶化。

 

天然水体中DO的数量，除与水体中的生物数量和有机物的数量有关外，还与水温和水层有关。在正常情况下地表水中溶解氧量为5-10mg/L，在水藻繁生的水体中，由于光合作用使放氧量增加，也可能使水中的氧达到过饱和状态，地下水中一般溶解氧较少，深层水中甚至完全无氧。

 

纯水中氧的饱和浓度

 

02溶解氧测量方法

 

碘量法

 

水中的溶解氧一般用碘量法测量。将硫酸锰和碱性碘化钾溶液加入水中，生成氢氧化锰沉淀。由于氢氧化锰的不稳定性，它很快与水中的溶解氧反应生成硫酸锰。15分钟后，加入浓硫酸，使棕色沉淀与溶液中加入的碘化钾反应，碘沉淀出来。溶解氧越多，碘沉淀越多，溶液颜色越深。用移液管反应后取一定量水样，以淀粉为指示剂，用标准溶液滴定，计算水样中溶解氧含量。 

 

极谱法:

 

在两极之间施加恒定电压，电子从阴极流向阳极，产生扩散电流；在一定温度下，扩散电流与溶解氧浓度成正比；建立电流和溶解氧浓度之间的定量关系；仪器自动将电流表读数转换成溶解氧浓度，并在屏幕上显示溶解氧值。

 

该传感器由阴极、阳极、电解液以及半透膜等主要部件构成，在直流极化电压作用下，溶解在水中的氧气穿过半透膜到达阴极发生还原反应。根据上述电化学过程产生的电流强度就可以计算出水中的溶解氧分压，然后再根据亨利定律就可得出水中的溶解氧浓度。

 

荧光法

 

调制后的蓝光照射在荧光物质上，激发荧光物质，发出红光。因为氧分子可以带走能量(猝灭效应)，激发红光的时间和强度与氧分子的浓度成反比。使用与蓝光同步的红色光源作为参考，测量激发红光和参考光之间的相位差，并比较内部校准值，从而计算氧分子的浓度。经过一定的处理后，输出溶解氧。

 

为了能用荧光测量液体中的溶解氧，必须确保氧气与荧光物质接触，并对荧光释放产生影响。在光学氧传感器中，氧气能够渗入可渗透层，然后扩散至荧光分子(染料)所在的基质。当不存在氧气时，大部分的吸收能量会作为荧光释放。当存在氧气时，氧气会与染料接触，这样它就能够吸收能量，因此不会发出荧光。

 

溶解氧荧光传感器是基于物理学中特定物质对活性荧光的猝灭原理，来自发光二极管的蓝光照射荧光帽内表面的荧光物质，蓝光激发电极膜帽涂层上的荧光分子跃迁到高能量状态，在无氧环境下，高能量荧光分子释放能量发出荧光；在有氧环境下，高能量荧光分子释放的能量一部分转移到氧分子，剩余的能量转化为荧光。荧光分子能量的激发与释放过程通过光的测量来反映氧分压。

03使用及注意事项

 

溶解氧测定仪的使用步骤：

　　1、将电极插头插入仪器的插口内，同时将仪器的测量/调零电压开关拨至“测量”档，溶氧/温度测量选择开关拨至溶氧档，盐度调节旋钮向左旋至底(0g/l)；

　　2、仪器预热5分钟，然后将电极放入5%新配制的亚硫酸钠溶液中5分钟，待读数稳定后，调节调零旋钮，使仪器显示为0。由于电极的残余电量极小，如果没有亚硫酸钠溶液，只要将测量/调零开关置于调零档，调节调零电位器，使仪器显示为0即可；

　　3、把电极从溶液中取出，用水冲洗干净，用滤纸小心吸干薄膜表面水分，放入空气中待读数稳定后，调节跨度校准旋钮，使读数指示值为纯水在此温度下饱和溶解氧值；

　　4、反复2、3步的操作；

　　5、将电极浸入被测溶液中，此时仪器的读数即为被测水样的溶解氧值。

溶解氧测定仪的注意事项：

　　1、仪器使用前先接上稳压电源和电池；

　　2、新购买的仪器或长时间不用再启用时，电极要加电解液(否则测不出溶解氧值)；

　　3、把电极护套向后拉，插上氧电极，要确保插头与插座接触的完好，通电极化5分钟；

　　4、零氧校准:将电极放入5%亚硫酸钠溶液中，显示值越接近零越好。空气中满度校准:显示值在当时温度的对应饱和溶解氧值。如果相差较大可反复二次校零氧和满度校准；

　　5、仪器要定期校准和更换电解液和膜，以保证测量准确性。如果仪器经常使用，建议10天校准一次。安装膜时要确保膜与黄金表面接触否则会出现零氧下不去，或测量过程中数值不准或不稳；

　　6、溶解氧电极长期使用，特别是一直测定污水后，电极内的银极会发黑氧化，此时需经常更换电解液和薄膜，清洁银极表面和黄金表面。如果各项指标不理想，应考虑购买新电极；

　　7、溶解氧电极不用时可储存于蒸馏水中；

　　8、仪器长时间不用时应将电池取出。

 

碘量法溶解氧操作步骤：

 

1、原理：水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中溶解氧将低价锰氧化成高价锰，生成四价锰的氢氧化物棕色沉淀。加酸后，氢氧化物沉淀溶解，并与碘离子反应而释放出游离碘。以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，据滴定溶液消耗量计算溶解氧含量。

 

2、试剂：

①硫酸锰溶液液中，遇淀粉不得产生蓝色。

②碱性碘化钾溶：称取480g硫酸锰（MnSO4·4H2O）溶于水，用水稀释至1000mL。

此溶液加至酸化过的碘化钾溶液：称取500g氢氧化钠溶解于300至400mL水中，另称取150g碘化钾溶于200mL水中，待氢氧化钠溶液冷却后，将两溶液合并，混匀，用水稀释至1000mL。如有沉淀，则放置过夜后，倾出上层清液，贮于棕色瓶中，用橡皮塞塞紧，避光保存。此溶液酸化后，遇淀粉应不呈蓝色。

③（1+5）硫酸溶液：1份浓硫酸+5份水，混合摇匀即可。

④1%淀粉溶液：称取1g可溶性淀粉，用少量水调成糊状，再用刚煮沸的水稀释至100mL。冷却后，加入0.1g水杨酸或0.4g氯化锌防腐。

⑤0.02500mol/L重铬酸钾标准溶液：称取于105~110℃烘干2h，并冷却的重铬酸钾1.2258g，溶于水，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。

⑥硫代硫酸钠溶液：称取3.2g硫代硫酸钠（Na2S2O3·5H2O）溶于煮沸放冷的水中，加0.2g碳酸钠，用水稀释至1000mL，贮于棕色瓶中，使用前用0.02500mol/L重铬酸钾标准溶液标定。

⑦硫酸，pH=1.84。

 

3、测定步骤：

①溶解氧的固定：用吸液管插入溶解氧瓶的液面下，加入1mL硫酸锰溶液，2mL碱性碘化钾溶液，盖好瓶塞，颠倒混合数次，静置。一般在取样现场固定。

②打开瓶塞，立即用吸管插入液面下加入2.0mL硫酸。盖好瓶塞，颠倒混合摇匀，至沉淀物全部溶解，放于暗处静置5min。

③吸取100.00mL上述溶液于250mL锥形瓶中，用硫代硫酸钠标准溶液滴定至溶液呈淡黄色，加入1mL淀粉溶液，继续滴定至蓝色刚好退去，记录硫代硫酸钠溶液用量。

 

4、计算：

溶解氧（O2，mg/L）=M*V*8000/100

上式中：M——硫代硫酸钠标准溶液的浓度（mol/L）；

V——滴定消耗硫代硫酸钠标准溶液体积（mL）。

 

5、注意事项：

①试剂加入时应往意不要与空气接触，以免将空气中的氧带入样品影响测定。

②注意淀粉指示剂加入的时间。应先将溶液由棕色滴定至淡黄色时再加入淀粉指示剂，否则终点会出现反复，难以判断。

③样品中悬浮物质会吸附析出碘，使结果偏低。此时需预先用明矾在碱性条件下水解，待沉淀析出后再测上层清液中的溶解氧。

④当水样中含有亚硝酸盐时会干扰测定，可加入叠氮化钠使水中的亚硝酸盐分解而消除干扰。其加入方法是预先将叠氮化钠加入碱性碘化钾溶液中。

⑤如水样中含Fe2+达100-200mg/L时，可加入1mL40%氟化钾溶液消除干扰。

⑥如水样中含氧化性物质（如游离氯等），应预先加入相当量的硫代硫酸钠去除