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水中溶解氧 | 溶氧检测仪的原理与应用

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发表于 2024-6-26 11:17:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
水中溶解氧 | 溶氧检测仪的原理与应用

溶解氧(DO)指的是溶解于水中的氧的含量,以每升水中氧气的毫克数来表示,以分子状态存在于水中。溶解氧含量是水质的重要指标之一,也是水体净化的重要因素之一。

水中溶解氧的含量与大气压力、水温及含盐量等因素有关。没有受到好氧物质(一般为有机物)污染的水体,溶解氧呈饱和状态。当水体中有机物含量较多时,耗氧速度超过补给速度,此时水中溶解氧不断减少,甚至可接近于零,有机物在缺氧条件下开始分解,出现腐败发酵现象,从而致使水质严重恶化。因此,在对水体的质量评价中,把溶解氧作为水质污染程度的一项指标。


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应用领域
污水处理领域:监测水处理过程中溶解氧的浓度,提高水处理效率;
工业生产领域:监测生产过程溶解氧的含量,确保生产过程正常进行;
环境监测领域:监测环境中溶解氧浓度,及时处理污染环境的行为及事件;
水产养殖领域:对水体溶解氧的监测,满足鱼类生长对溶解氧的需求。

检测原理
检测溶解氧的方法主要有碘量法间接计算和传感器直接检测两种方法。由于传感器直接检测这种方法方便、简洁、准确,成为目前溶解氧检测的主流方法。

01、极谱法
电极中,有黄金环或铂金环作阴极,银-氯化银(或汞-氯化亚汞)作阳极,电解液为氯化钾溶液,阴极外表面覆盖一层透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料。
阴阳两电极之间外加0.5~1.5V的极化电压,当溶解氧透过薄膜达到黄金阴极表面,在电极上发生如下反应:

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阴极被还原:
O2+2H2O+4e→4OHˉ

阳极被氧化:
4Clˉ+4Ag-4e→4AgCl
只要测得扩散电流,既可以测得溶解氧的溶度,为了消除温度、盐度、气压等因素的影响,均采用相关技术进行补偿。

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02、原电池法
当外界氧分子透过薄膜进入电极内,会产生如下反应:
银阴极被还原:
O2+2H2O+4e→4OHˉ

铅阳极被氧化
2Pb+4KOH+4OHˉ→2KHPbO2+2H2O
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氧在银阴极上被还原为氢氧根离子,并同时向外电路获得电子;铅阳极被氢氧化钾溶液腐蚀,生成铅酸氢钾,同时向外电路输出电子。接通外电路后,便有信号电流通过,其值与溶氧溶度成正比。
可以看出,溶解氧浓度与传递电子数目一一对应,具有很好的线性,且原电池型的溶解氧传感器维护成本较低,无需更换电解液,适用于进行大面积的推广使用。

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03、荧光法
荧光法溶解氧测量仪基于荧光猝熄原理。蓝光照射到荧光物质上使荧光物质激发并发出红光,由于氧分子可以带走能量(猝熄效应),所以激发的红光的时间和强度与氧分子的浓度成反比。通过测量激发红光与参比光的相位差,并与内部标定值对比,从而可计算出氧分子的浓度。
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