在线水质分析仪器：荧光法有效测量溶解氧浓度

(1)荧光分子发光机理

当物质受到光的照射时,物质分子由于获得了光子的能量而从较低的能级跃迁到较高的能级,成为激发态分子。激发态分子是不稳定的,它需要通过去活化过程释放多余的能量返回到稳定的基态。去活化过程有两种方式,一种过程为非辐射跃迁,多余的能量最终转化成热能释放出来;另一种过程是激发态分子通过辐射跃迁回到基态,多余的能量以发射光子的形式释放,即表现为荧光或磷光。斯托克斯位移、荧光寿命和荧光量子产率是荧光物质三个重要的发光参数。斯托克斯位移受荧光分子结构和溶剂效应等因素影响。一般来讲,大的斯托克斯位移有利于发射出强的荧光信号。荧光寿命是指切断激发光源后,分子的荧光强度衰减到原强度的1/e 时所经历的时间。荧光寿命是荧光分子本身所具有的属性,不易受外界因素干扰。荧光量子产率为荧光分子所发射的荧光光子数与所吸收的激发光光子数的比值。一般荧光分子的量子产率与荧光物质的结构或者所处的环境有关。

(2)荧光猝灭效应

荧光猝灭效应是指猝灭剂与荧光物质作用使荧光分子的荧光强度下降的现象。现发现的猝灭剂主要有卤素化合物、硝基化合物、重金属离子以及氧分子等。其中氧是非常重要的一类猝灭剂,氧对荧光物质的猝灭过程被证明是动态猝灭过程,其原理是氧在扩散过程中,与处于激发态的荧光物质发生碰撞,激发态的荧光物质将能量转移给氧后回到基态,从而造成荧光强度下降。但是,碰撞后两者立即分开,荧光分子并没有发生化学变化,因此氧对荧光分子的猝灭是可逆的。这种动态猝灭过程可用Stern-Volmer 方程来描述:

式中　I0 和I——分别为无氧和有氧时的荧光强度;

　　　τ0 和τ——分别为无氧和有氧时的荧光寿命;

　　　KSV——猝灭剂的猝灭常数;

　　　[O2]——溶解氧浓度。

由式(6.1)可知,通过测量荧光强度或者荧光寿命,就可以计算出溶解氧的浓度。荧光寿命是荧光物质的固有属性,不易受外界干扰,但其测量较为复杂,因此常通过测量荧光强度来检测溶解氧的含量。(www.xing528.com)

(3)荧光法溶解氧分析仪的特点

①无须标定:荧光法设计,所以不需要进行标定。

②测量结果稳定:测量过程中不会消耗任何物质,也不会消耗水中的溶解氧。

③减少清洗频率:传统膜法需要经常清洗,否则会严重影响氧气的透过从而影响测量,荧光法对探头的清洁要求不高,定期擦下荧光帽即可。

④维护量低:每两年只需更换一个荧光帽。

⑤无干扰:pH 的变化、污水中含有的化学物质、H2S、重金属等不会对测量造成干扰。

⑥响应时间快:荧光法溶解氧在与水接触的同时即可响应,其时间非常短。

⑦无须极化时间:因为不使用电极,所以不存在极化的问题。