在线水质分析仪器：溶解氧在线分析仪

氧在自然界的存在形式较为广泛,其中以分子形式存在水介质里,称为水中的溶解氧(dissolved oxygen,简称DO)。未受污染的水中溶解氧呈饱和状态,在1atm、20 ℃时的饱和溶解氧的含量约为9 mg/L。水中溶解氧含量及其测量与人们的生产、生活息息相关,是很多部门至关重要的常规检测项目之一。例如,在水质监测系统中,水中溶解氧的含量是评价水体受污染情况的重要指标之一。如水中溶氧量过低时,厌氧细菌活跃繁殖,造成有机物腐败和水体变质。在水产养殖业,水中溶氧量过低,鱼虾类运动量下降,摄食减少,抵抗力下降。但是溶氧量过高,可能导致鱼虾类得气泡病甚至氧气中毒,致使鱼虾大量死亡。在污水处理系统中,应用最广泛的活性污泥法就是利用细菌把悬浮性固体等沉降,而系统中溶解氧含量的高低是细菌存活的关键因素之一。此外,在诸如生物技术、药物开发、食品与饮料等生产工艺过程中,需要实时监控工艺过程中溶解氧的状况,确保溶解氧在最合适浓度范围,对溶解氧的监测和控制最终可确保反应效率和产品质量,降低成本并使产品合格率达到最高。氧气是一种氧化性的气体,在锅炉给水,尤其是大型锅炉给水中要严格控制溶解氧的含量,以防止在高温高压工况下设备管道发生氧化反应产生腐蚀。因此,在锅炉除氧工序后监测微滤溶解氧(ppb 级),以确保锅炉设备免受溶解氧腐蚀。

目前,溶解氧的测定方法种类繁多,主要有碘量法、电化学法、分光光度法和荧光分析法。其中,碘量法即Winkler 法,是应用最早的测量溶氧量的国标法之一。其原理是利用硫酸锰在碱性条件下生成不稳定的氢氧化锰沉淀,氢氧化锰迅速与水中的溶解氧生成稳定的锰酸锰,然后锰酸锰与加入的浓硫酸及碘化钾反应,使单质碘析出。再用硫代硫酸钠标准液滴定碘,以此来计算水中的溶氧量。由此可知,碘量法虽然测量结果较为准确,但是程序烦琐,耗时长且只能离线分析。

电化学法(Clark 电极法)也称薄膜法,主要有电流法和极谱法两种方式。电流法是将阴阳两种电极浸没在电解液中作为测量池,当氧透过薄膜进入测量池后,被阴极还原成氢氧根离子。氧在还原过程中释放出的电子形成扩散电流,其大小与电解池中氧气的浓度成正比。这种方法可以在线测量,但是由于测量过程中氧被还原,即氧不断地被消耗,因此在测量时要不停地对样品进行搅拌。此外透氧膜易老化以及电极和电解液易受污染等问题使其测量精度和响应时间受到严重限制。极谱法是在两电极上加一个极化电压,氧分子在阴极被还原,产生的电流与氧浓度成正比。这种方法同样存在着透氧膜易破损、电解液易受污染和电极需定期再生等问题。(www.xing528.com)

分光光度法是通过还原态的指示剂与氧分子发生氧化反应,根据其吸光度的变化来判断氧浓度的大小。例如,在食品包装工业中用于测定集装箱顶空气体的氧含量以防止食物腐败。分光光度法操作简便、成本低。

荧光分析法主要是利用氧对某些荧光物质的荧光有猝灭作用,根据荧光强度或者猝灭时间判定氧气浓度的大小。荧光法克服了碘量法不能在线测量的缺点。与电化学氧传感器相比,荧光法不消耗氧气,氧只需和含有荧光物质的氧敏感膜接触,即可通过荧光强度或荧光寿命的变化来判断水中溶解氧的含量。并且荧光法灵敏度高,检测限低,因此利用荧光法测量溶解氧含量已成为当前溶解氧在线分析器普遍使用的方法,本章内容也主要基于荧光法测量溶解氧在线分析仪。