溶解氧的測量原理

溶解在水中的分子態氧稱為溶解氧。天然水的溶解氧含量取決于水體與大氣中氧的平衡。一定的水中溶解氧的含量與空氣中氧的分壓、水溫、水的深度、水中各種鹽類和藻類的含量以及光照強度等多種條件有關。清潔地表水溶解氧一般接近飽和。藻類的生長可能導致溶解氧的過飽和，而水體受有機、無機還原性物質污染時溶解氧降低。氧在水中的溶解度不大,并且是一個動態值，但它的作用卻舉足輕重。漁業上，當水中溶解氧的含量低于3-4mg/L時，許多魚類都將因缺氧而死亡。工業上，某些生產過程中需要測定溶液或反應物中的溶解氧含量。一些科研和實驗也需要*測定水中的溶解氧含量。此外，溶解氧在其他水產養殖、農業、廢水生化處理、水體自凈、學等領域也是一個重要的影響因素。水中溶解氧的含量除與上述因素有關外，也是水體受污染程度和生態環境好壞的重要指標之一，它與環保上經常檢測的數據BOD、COD密切相關。水被嚴重污染時，溶解氧含量將大大減少，近年沿海頻繁出現的赤潮現象*是一例。

水中的溶解氧仍以分子態形式存在，而溶解氧的測定，從方法上來說一般分為以下兩類：化學法和儀器法。化學法主要為滴定法以及目視比色法，而儀器法則包括光學分析法、色譜分析法和電化學分析法等。

化學法測定溶解氧，主要是使溶解氧與各種還原性物質發生化學反應，然后通過所用還原物質的量而求出溶解氧的含量。化學法須經過溶解氧的固定、滴定、指示劑的選擇及干擾的排除，故操作較繁瑣，時間較長。當然，借助于設備上的改進，它的結果仍是*準確的，一般在結果對照、標準分析中被采用。許多化學法都是在碘量法的基礎上加以改進而提出的，一般都屬于容量法。比色法是利用氧濃度與顯色濃度成正比的關系而大致判斷出氧濃度。

儀器是利用各種儀器測定溶解氧在化學反應過程中或其生成物的各種物理信號，然后將這些信號轉變成電信號，或者直接測定溶解氧在電極反應中的電信號，電信號再經放大處理或數模轉換，然后才將結果輸出到儀器表頭，從而可以直接測出溶解氧的含量。同樣的，儀器法也必須考慮到各種干擾的產生及排除，以及儀器的靈敏度、穩定性和選擇性。儀器法在近幾十年來的發展中已在上述各方面取得了很大的突破，使之測定溶解氧早已成為可能，并早有各種商品問世。

溶解氧電極原理

溶氧電極用一薄膜將鉑陰極，銀陽極，以及電解質與外界隔開，一般情況下陰極幾乎是和這層膜直接接觸的。氧以和其分壓成正比的比率透過膜擴散，氧分壓越大，透過膜的氧*越多。當溶解氧不斷地透過膜滲入腔體，在陰極上還原而產生電流，此電流在儀表上顯示出來。由于此電流和溶氧濃度直接成正比，因此校正儀表只需將測得的電流轉換為濃度單位即可（溶氧濃度通常用mg/L（每升水的溶氧量）或ppm（百萬分之幾）。 
溶解氧電極有兩種類型：極譜式和原電池式。極譜式電極需儀表輸入一電壓對電極進行極化。由于外加電壓可能要15分鐘才能穩定，因此極譜式電極使用前通常要進行預熱確保電極能妥當極化。原電池式的兩個極由兩種不同的能自發極化產生電壓的金屬構成。由于原電池式的電壓是自發產生而不是外界提供的，因此原電池式電極使用時無需極譜式電極極化所需的“預熱"。   
      使用極譜式電極時，校正或測量前要預熱至少15-30分鐘。為確保膜的電解液內沒有氣泡，ASI膜帽在設計上要求在裝上膜頭時要排除掉所有液腔內的空氣。膜表面上不能留有任何氣泡，否則它會將氣泡當作氧飽和樣品進行讀數。即使使用的是帶有自動溫度補償的儀表，也要在接近樣品溶液的溫度下校正電極。電極應在空氣中校正，以空氣作為100％的飽和溶解氧標準點。由于電極對氧的消耗，探頭表面氧的濃度會瞬間降低，因此測量時要對溶液進行攪拌，這很重要。 

溶氧儀的維護 

1、日常維護

       溶解氧儀的日常維護主要包括定期對電極進行清洗、校驗、再生。

     （1）1～2周應清洗一次電極，如果膜片上有污染物，會引起測量誤差。清洗時應小心，注意不要損壞膜片。將電極放入清水中涮洗，如污物不能洗去，用軟布或棉布小心擦洗。

     （2）2～3月應重新校驗一次零點和量程。

     （3）電極的再生大約1年左右進行一次。當測量范圍調整不過來，需要對溶解氧電極再生。電極再生包括更換內部電解液、更換膜片、清洗銀電極。如果觀察銀電極有氧化現象，可用細砂紙拋光。

     （4）在使用中如發現電極泄露，必須更換電解液。

2、溶解氧儀的標定

       溶解氧儀的標定方法一般可采用標準液標定或現場取樣標定。

     （1）標準溶液標定法：標準溶液標定一般采用兩點標定，即零點標定和量程標定。零點標定溶液可采用2%的Na2SO3溶液。量程標定溶液可根據儀表測量量程選擇4M的KCl溶液（2mg/L）；50%的甲醇溶液（21.9mg/L）。

     （2）現場取樣標定法（Winkler法）：在實際使用中，多采用Winkler方法對溶解氧分析儀進行現場標定。使用該方法時存在兩種情況：取樣時儀表讀數為M1，化驗分析值為A，對儀表進行標定時儀表讀數仍為M1，這時只須調整儀表讀數等于A即可；取樣時儀表讀數為M1，化驗分析值為A，對儀表進行標定時儀表讀數改變為M2，這時不能將調整儀表讀數等于A，而應將儀表讀數調整為1MA×M2。

3、使用中應注意的問題

       由于溶解氧電極信號阻抗較高（約20MΩ），溶解氧電極與轉換器之間距離大為50m；溶解氧電極不用時也應處于工作狀態，可接在溶解氧轉換器上。久置或重新再生（更換電解液或膜）的電極，在使用前應置于無氧環境極化1～2h；由于溫度變化對電極膜的擴散和氧溶解度有較大影響，標定時需較長時間（約10min），以使溫補電阻達到平衡；氧分壓與該地區的海拔高度有關，儀表在使用前必須根據當地大氣壓進行補償；測量溶液的含鹽量高時，儀表標定時應使用含鹽量相當的溶液；對于流通式測量方式，要求流過電極的*小流速為0.3m/s。