如何测试溶解氧(DO)?



有许多不同的方法可用于测量水中的溶解氧(DO)。首先,有湿化学技术,先收集水样,然后进行化学反应以确定DO含量。其次,可以使用传统的膜溶解氧传感器,将按照电化学原理操作的探头插入水中以读取溶解氧水平。**,可以使用更新的光学传感器,从而进行快速,连续的测量,而没有传统薄膜传感器的许多缺点。


湿化学技术


用于溶解氧测量的最常见湿化学技术是通过Winkler方法进行滴定。在这种技术中,样品被收集在一个特殊的瓶子中,该瓶子可以容纳水而不会与空气接触。然后将化学试剂添加到水中,包括添加的滴定剂,直到涉及氧气的反应完成(通过颜色变化表示)。DO的浓度与滴定剂的加入量成正比,因此可以定量确定DO。此技术可与用于现场使用的低精密度试剂盒一起使用,或使用实验室设备进行高精度分析。
此方法有许多限制。首先,必须非常仔细地进行采样。不仅必须注意不要搅动样品或将其暴露于气体中,而且可能需要特殊的技术或设备来在压力大于地表压力的深度处对水进行采样,例如在更大深度处使用Kemmerer水采样器大于2 m [1]。


其次,由于生物活性消耗氧气,因此从采样到必须完成分析之间只有有限的时间可用。包含相当数量的可生物降解材料的样品必须立即进行测试,在添加防腐剂以暂时停止生物活性之后,其他样品可能会保存几个小时[1]。

膜传感器


使用传感器技术,可以将探针直接插入水中,因此不一定需要收集样品。传统的溶解氧传感器采用通过膜与水隔开的电化学电池。这些传感器有两种不同类型:电流传感器和极谱传感器,区别在于极谱系统需要施加电压以极化电极,而电流系统则不需要。在这两种类型中,电化学电池均包含两个电极和填充溶液(包含氯化钾或氢氧化钾)。该电池通过对氧气具有高渗透性的膜与水隔离,但通过其他方式将水与填充液分离。氧气穿过膜时,会与电极相互作用,从而使电流流过仪表,


极谱传感器要求在进行测量之前电极必须极化。这个预热期可能需要几分钟。
传感器中的反应消耗氧气,因此仪表检测到的信号取决于氧气在膜上的转移。因此,该方法需要使水流动或搅拌。其结果之一是水的流量可能会影响测量结果。这些类型的传感器还需要偶尔清洁电极,并更换膜和填充液。美国环境保护局建议在每次研究之前都要更换膜和填充液[2],这会增加这些设备的运行成本。


光学(荧光)传感器


这种新型传感器的工作原理与电流或极谱探针完全不同。在这种方法中,水中的氧气与荧光物质相互作用,进而影响其与某些波长的光相互作用的方式。探针内部的蓝光激发了材料的荧光,但是这种作用由于氧气的存在而被抑制。DO浓度越高,检测器看到的荧光量越小。


与传统的膜传感器相比,这种类型的传感器具有一些重要的优势。由于无需更换膜或灌装溶液,因此它们所需的维护较少。另外,由于该测量不消耗氧气,因此该测量不受水流的影响,并且不需要搅拌。与极谱传感器不同,光学传感器不需要偏振,因此可以立即进行测量。


传感器校准


传统的膜传感器和光学传感器都可以使用空气作为氧气源进行校准。之所以能够做到这一点,是因为大气中的氧气浓度是一个恒定的已知值(20.9%)。经常使用装有水饱和空气的盖子进行校准。或者,可以使用充满空气的水或具有已知溶解氧浓度的标准液(使用Winkler方法测定)进行校准[1,2]。


结论


DO的最精确测量是使用实验室设备进行的Winkler滴定。但是,这需要仔细的样品收集和保存,以及在短时间内运输到实验室。使用湿化学技术的现场测试套件无法提供相同水平的精度。


传感器(包括传统的膜传感器和较新的光学传感器)使用起来更加方便,因为可以在不收集样品的情况下就地测量溶解氧,并且可以进行连续甚至远程监控。传统传感器需要更换膜和填充溶液,搅拌,并且在使用之前可能需要预热一段时间(用于极谱传感器)。新型光学传感器甚至更方便,因为它们没有这些限制。