实验室产品培训资料溶解氧理论

1、电化学理论-溶解氧,郑波 Application engineer,内容提要,溶解氧的测量意义 溶解氧测量技术一览 膜法溶解氧技术 LDO荧光法溶解氧技术 技术比较,溶解氧，顾名思义，是指溶解在水中的氧气浓度。这个指标的意义在于：,反映水体受污染的程度 废水处理曝气池的重要控制指标 控制工业给水水质的重要指标 评价水生生物生存状况,反映水体受污染的程度,当氮、磷等植物营养元素大量进入湖泊、水库、海湾等缓流水体，就会 产生水体富营养化现象：即过量的营养元素提高藻类等水生生物的活性 ，数量猛增，由此造成了一系列危害： 藻类过度生长，水中溶解氧急剧变化，一定时间水体处于严重缺氧状态，导致鱼类等水生生

2、物的死亡 鱼类诱饵的绿藻种类减少，非鱼类诱饵的蓝藻增加，且繁殖迅速，有些蓝藻产生有毒性的藻毒素 藻类占据空间增加，而且的死亡藻类沉积塘底，因数量庞大无法被微生物及时分解,造成在堂弟的堆积,造成水域面积的减小,严重时将造成湖泊沼泽化,废水处理曝气池的控制指标,在废水处理过程中，有机物的降解，以及硝化作用 的进行，都依赖于一定浓度的溶解氧,控制工业给水水质的重要指标,溶解氧浓度过高，会加速金属管道的腐蚀，尤其是昂贵的锅炉系统及冷却系统。,水中生物的生存条件,溶解氧对于水生生物的生存至关重要： 为保障水生生物生存的最低溶解氧浓度为：4-5mg/L 对于大部分水生物种而言，适宜的溶解氧的浓度为8-15

3、mg/L。,溶解氧测量技术一览,Winkler滴定法（碘量法） 极谱法（膜法） 荧光法,Winkler滴定法（碘量法）,1912年，Standard Method 第一版，收录为标准方法,一般情况下使用硫代硫酸钠,缺点：,干扰物质多（易氧化的有机物、可氧化的硫化合物、亚硝酸盐等等） 操作复杂，人为误差大,膜法溶解氧,1959年正式发明，1975年正式选入Standard Method。 相对于winkler方法，在响应时间上有了质的提升，实现在在线监测的可能,膜法：测量原理,阳极 阴极 电解液 半透膜,基本组成,金属电极浸没在电解液中; 电极、电解液装在由半透膜所包的塑料小室内。 半透膜只允许

4、氧和其它一些气体进入电解液，几乎可完全阻挡水和溶解性固体进入电解液。,金属电极,半透膜,探头中半透膜的作用?,电解液,阴极反应： 阳极反应: 总电极反应:,Ag+,电压,O2,O2,O2 + 4e + 2H2O = 4OH ,O2 + 4Ag + 2H2O = 4OH 4Ag,Ag = Ag + e,测量原理,两电极间加恒定电压，电极反应如下：,电子由阴极流向阳极，产生扩散电流； 一定温度下，扩散电流与溶解氧浓度成正比； 建立电流与溶解氧浓度的定量关系； 仪器将电流计读数自动转换为溶解氧浓度，并在屏幕上显示溶解氧值。,测量原理,电解液中少量去极化杂质，会使电极产生污垢，甚至毒化电极，如： 硫化

5、氢 H2S 铁、亚铁 如果半透膜损坏,电解液容易被污染，会造成电池电势漂移，而漂移会被错误地显示为水样中溶解氧的浓度，因此需定期更换电解液及半透膜。 半透膜容易被污垢覆盖，氧气扩散将受到限制，导致仪器读数不断降低，直至为“0”。,极谱法测量技术的不足,Ag+,电压,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2

6、,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2

7、,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2

8、,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,O2,电极附近DO不断被消耗。,传统Clark溶解氧仪在测量时为何要搅拌?,为保证电极附近的溶解氧与本体溶液中溶解氧浓度相同，即保证水样中溶解氧分布均匀。,测量过程中需要连续搅拌。,荧光法,1986年有科学家发现氧分子能猝灭一些物质发出的荧光。 新世界初，HACH公司根据前

9、人的经验，研发出荧光法溶解氧仪 2006年，USEPA正式通过该方法。,物质吸收了光，会发生什么？,M + h M *,基态 激发态 E1 （E） E2,M + 热,M + 荧光或磷光,不同的物质（M），对不同的 E有吸收。,LDO的工作原理,传感器帽上涂了一层荧光产生物质 LED蓝色光激发这些荧光产生物质 这些物质开始处于激发态,LED,Photo Diode,Probe,Sensor,LED,LDO的工作原理,当这些物质从激发态回到基态，产生红色荧光 红色光被光电检测器检测 从这些物质被激发到红光到达检测器的时间被检测,LED,Photo Diode,Probe,Sensor,LED,LD

10、O的工作原理,当这些物质接触到氧分子时，红色荧光的强度会降低 同时红光产生的时间也会缩短,LDO的工作原理,氧气浓度越高，红光产生时间越短,Oxygen Concentration,Red Emission Light,0,0,0,2,0,4,0,6,0,8,1,0,1,2,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,t1,没有 O2,释放的红光,t2,有 O2,强度,时间 s,LDO的工作原理,我们测定的是红光产生的时间,LED,Photo Diode,Probe,Sensor,LED,LDO的工作原理,增加一个红色的LED灯 红光和蓝光交替发光 红光相当于参比电极，通

11、过2束红光的时间比例，即可得到溶解氧浓度,LED,Photo Diode,Probe,Sensor,LED,操作的简单性: 无需极化、无需校正、无需搅拌。 低维护量： 无需校准、无需换膜、无需更换电解液，无需打磨阳极。 传感器的耐用性： 传感器在刮蹭、或部分污染的情况下，仍可保持其准确度，而且清洗方便。 干扰低： 因无膜、无电解液，因此不受常见化学物质（如硫化氢、二氧化碳等）的干扰。,LDO溶解仪的优势,三种技术精度对比资料,三种技术测定某理论溶解氧值对比资料,三种方法经过水饱和空气校正后的回收率值,以LDO为基准，其他两种技术的测量离散情况,三种方法的性能比较,Orbisphere便携式微量溶解氧分析仪 3650/3655,低至0.1ppb的检出限 快速响应 极低的维护量