溶解氧测量

溶解氧（或溶解氧）是指水或任何其他液体中游离的非复合氧的含量。测量 溶解氧 溶解氧是评估水质、污染控制和处理过程的关键。本文回顾了当前测量溶解氧的方法、为什么需要进行这些测量，以及这种精确分析所带来的各种应用。

测量溶解氧的方法

溶解氧的测量通常以空气饱和度百分比（% sat）或毫克/升（mg/L）为单位进行监测。此外，还有多种测量方法，有些方法在某些情况下更有优势。

温克勒方法

"(《世界人权宣言》) 温克勒方法 该方法由匈牙利化学家 L.W. Winkler 于 1888 年发明，是最早的方法之一，但至今仍然适用。这是一种滴定法，通过水样中的一系列化学反应来确定溶解氧水平。通常情况下，测量过程需要一个专门的 BOD 瓶，这种瓶子的设计可以使其密封而不会在瓶内滞留空气。测试水样被收集到 BOD 瓶中，然后按比例加入过氧化锰溶液和氢氧化钠溶液等试剂。这一反应会产生氢氧化锰 (II) 沉淀。如果样品中不含水分，沉淀物呈白色，如下图所示。

Mn2++2OH-MnOH2 白色沉淀 

但是，如果测试样本中存在溶解氧，它就会发生反应，形成棕色沉淀。

MnOH2+1/2O2MnOOH2 棕色沉淀物

然后，将棕色沉淀溶解在有碘离子存在的酸中，释放出碘（I₂) 根据溶解氧的量来确定。最后，用硫代硫酸钠滴定释放出的碘，以确定氧气的确切含量。

MnOH2+2I-+4H+Mn2++I2+3H2O

i2+2s2o32-2i-+s4o62-

尽管温克勒法仍是溶解氧分析的公认标准，但它可能会出现人为错误、样品污染、不准确和干扰等问题。为了提高准确性，人们对该方法进行了多次改进，但滴定过程仍然十分繁琐，尤其是在现场。因此，新技术的重点是在保持准确性的同时，采用更快、更简便的计算方法。

电化学方法

无论是在实验室还是在现场进行测试，使用电化学传感器都是测量溶解氧的常用方法。这些传感器的工作原理是电极表面的氧气消耗，无论是电化学式还是极化式。电化学和极谱溶解氧传感器都是利用电解质溶液中的两个极化电极--阳极和阴极。 

电极和电解质与测试样品之间由一层半透膜或隔膜隔开。测量时，溶解氧会以与样品中氧气分压成正比的速度扩散穿过隔膜。然后，溶解氧在阴极被还原和消耗，从而产生与氧气浓度成正比的电流。该电流通过电解质中的离子从阴极流向阳极，与氧分压的关系如下：

id=4×FPmtApO2d

等式中的 i_d，F，P_m(t), A, p_O2和 d 分别代表产生的电流、法拉第常数、隔膜的渗透性与温度、阴极表面积、氧分压和隔膜厚度的函数关系。 

有必要在样品中搅拌这些传感器，直到溶解氧读数不再增加。这是因为氧分子的消耗导致测量过程依赖于流量。因此，在无流量的情况下，会产生人为的低溶解氧测量值。

电镀传感器

电镀传感器在放入电解质溶液后会自极化。它们不需要预热时间，可以在没有外部施加电位的情况下工作。阳极的常用材料是锌或铅，阴极则是银或其他贵金属。由于阴极是惰性的，因此不会干扰反应。相反，它只起到传递电子的作用。因此，阳极被氧化，氧气在阴极表面被还原，整个反应过程如下：

O2+2H2O+2Zn→2ZnOH2

这种反应产生的氢氧化锌以白色固体的形式沉淀在传感器的顶端，但不会覆盖或消耗电解液。随着时间的推移，堆积物会变得过多，影响离子在阳极和阴极之间传输电流的能力。此时，有必要更换电解质溶液。

偏振传感器

极谱传感器的设置与电化学传感器类似，但使用银阳极和贵金属（如金或铂）阴极。因此，它需要施加外部电位（0.4 至 1.2V）来将氧气从阴极还原到阳极。此外，大多数应用都需要 5 到 60 分钟的预热时间。随着银阳极被氧化，会出现明显的深色 AgCl 涂层。不过，只有在进行溶解氧测量时才会出现这种情况，因此传感器的降解速度会很慢。与阳极不断析出的电化学传感器相比，这种降解过程要慢得多。随着时间的推移，随着这种退化的发生，读数将变得不稳定和异常低，因此有必要进行维护以恢复传感器的性能。

光学方法

光学传感器不是通过电化学传感器来测量反应，而是测量溶解氧与某些发光染料之间的相互作用。测量过程首先是将染料置于入射光线下。结果，染料分子被激发，当其电子回到平均能量状态时，会发出波长更长的光。如果存在溶解氧，由于氧气和染料之间的相互作用，发射光的波长将受到限制或改变。发射光的频率、强度和衰减与氧分压有关，可用来确定氧分压的大小。 

光学溶解氧传感器只需最少的维护，是连续测量或长期应用的理想选择。光学溶解氧传感器通常比电化学传感器更精确，主要是因为它们不会受到硫化氢或其他会影响电化学传感器性能的气体的影响。此外，它们还能测量浓度远低于电化学传感器检测限的溶解氧。光学溶解氧传感器的主要缺点包括功耗较高、响应时间较慢以及精度取决于湿度。

比色法

这种方法需要使用能与溶解氧发生反应的比色试剂，从而产生与溶解氧量成正比的颜色变化。通常使用分光光度计、色度计或简单的比较器来确定颜色变化。比色法的两种常见变体包括靛蓝卡明和 Rhodazine D。 

靛蓝卡曼与溶解氧形成蓝色溶液，可测量 0.2 至 15 ppm 的溶解氧浓度。这种测量方法会受到亚铁、亚硝酸盐和亚硫酸氢盐等离子的干扰。Rhodazine D 在氧气的作用下会产生玫瑰色的溶液，可以检测到更低的百万分之几的溶解氧浓度。氯、铁和铜等氧化剂的存在会影响其测量结果。 

为什么要测量溶解氧？

精确的溶解氧测量是了解水生环境动态健康状况的窗口。如果溶解氧水平较低，则可能表明存在污染、富营养化或微生物活动过多，从而危及水生生物的健康。反之，如果氧气含量较高，则表明存在藻类或曝气装置的影响。 

应用

溶解氧测量广泛应用于多个领域，包括

• 环境监测： 溶解氧测量是监测人类活动对水体影响的基础。例如，污水处理厂和监管机构依靠溶解氧测量来评估是否符合环境标准并确定污染源。在这些工厂检测溶解氧有助于了解可生物降解的有机物和生物需氧量。这两个参数都是一般水质的指标。
• 水产养殖管理： 保持最佳溶解氧水平对水生生物的健康和生长非常重要。通过持续监测，水产养殖者可以调整通气量和喂食率，防止与氧气有关的压力和死亡。
• 海洋学和湖沼学： 海洋学和湖沼学研究人员利用溶解氧测量来评估营养循环、氧气动态以及气候变化对水生生态系统的影响。这些见解有助于更广泛地了解全球环境动态。