溶解氧测试仪

在污水处理过程中，通过增加污水中的氧含量使污染物通过活化泥浆被分解出来，达到污水净化的目的，测量氧含量有助于确定最佳的净化方法和最经济的曝气池配置。在生物发酵过程中氧含量的测量数据可对工艺过程进行指导，如判断发酵过程的临界氧浓度、发酵罐的供氧能力以及菌体的活性和菌体的生长量等，并根据发酵时的供氧和需氧变化来指导补料操作。

原理溶解度取决于温度、压力和水中溶解的盐

一、溶解氧分析仪测量原理氧在水中的溶解度取决于温度、压力和水中溶解的盐。溶解氧分析仪传感部分是由金电极（阴极）和银电极（阳极）及氯化钾或氢氧化钾电解液组成，氧通过膜扩散进入电解液与金电极和银电极构成测量回路。当给溶解氧分析仪电极加上0.6～ 0.8V 的极化电压时，氧通过膜扩散，阴极释放电子，阳极接受电子，产生电流，整个反应过程为：阳极 Ag+Cl→AgCl+2e- 阴极 O2+2H2O+4e→4OH- 根据法拉第定律：流过溶解氧分析仪电极的电流和氧分压成正比，在温度不变的情况下电流和氧浓度之间呈线性关系。

表示方法

二、溶解氧含量的表示方法溶解氧含量有3 种不同的表示方法：氧分压（mmHg）；百分饱和度（%）；氧浓度（mg/L 或10-6），这3 种方法本质上没什么不同。

⑴分压表示法：氧分压表示法是最基本和最本质的表示法。根据Henry 定律可得，P=(Po2+P H2O）×0.209，其中，P 为总压；Po2 为氧分压（mmHg）；P H2O 为水蒸气分压；0.209 为空气中氧的含量。

⑵百分饱和度表示法：由于曝气发酵十分复杂，氧分压不能计算得到，在此情况下用百分饱和度的表示法是最合适的。例如将标定时溶解氧定为100%，零氧时为0%，则反应过程中的溶解氧含量即为标定时的百分数。

⑶氧浓度表示法：根据Henry 定律可知氧浓度与其分压成正比，即：C=Po2 ×a，其中C 为氧浓度（mg/L）；Po2 为氧分压（mmHg）；a 为溶解度系数（mg/mmHg·L）。溶解度系数a 不仅与温度有关，还与溶液的成分有关。对于温度恒定的水溶液，a 为常数，则可测量氧的浓度。氧浓度表示法在发酵工业中不常用，但在污水处理、生活饮用水等过程中都用氧浓度来表示。

影响溶解氧测量的因素

三、影响溶解氧测量的因素氧的溶解度取决于温度、压力和水中溶解的盐，另外氧通过溶液扩散比通过膜扩散快，如流速太慢会产生干扰。

⒈ 温度的影响由于温度变化，膜的扩散系数和氧的溶解度都将发生变化，直接影响到溶氧电极电流输出，常采用热敏电阻来消除温度的影响。温度上升，扩散系数增加，溶解度反而减小。温度对溶解度系数a 的影响可以根据Henry 定律来估算，温度对膜扩散系数β可以通过阿仑尼乌斯定律来估算。

⑴氧的溶解度系数：由于溶解度系数a 不仅受温度的影响，而且受溶液的成分的影响。在相同氧分压下，不同组分的实际氧浓度也可能不同。根据亨利定律可知氧浓度与其分压成正比，对于稀溶液，温度变化溶解度系数a 的变化约为2%/ ℃。

⑵膜的扩散系数：根据阿仑尼乌斯定律，溶解度系数β与温度T 的关系为：C=KPo2·exp(-β/T），其中假定K、Po2 为常数，则可以计算出β在25℃时为2.3%/ ℃。当溶解度系数a 计算出来后，可通过仪表指示和化验分析值对比计算出膜的扩散系数（这里略去计算过程），膜的扩散系数在25℃时为1.5%/℃。

⒉ 大气压的影响根据Henry 定律，气体的溶解度与其分压成正比。氧分压与该地区的海拔高度有关，高原地区和平原地区的差可达20%，使用前必须根据当地大气压进行补偿。有些仪表内部配有气压表，在标定时可自动进行校正；有些仪表未配置气压表，在标定时要根据当地气象站提供的数据进行设置，如果数据有误，将导致较大的测量误差。

⒊ 溶液中含盐量盐水中的溶解氧明显低于自来水中的溶解氧，为了准确测量，必须考虑含盐量对溶解氧的影响。在温度不变的情况下，盐含量每增加100mg/L，溶解氧降低约1%。如果仪表在标定时使用的溶液的含盐量低，而实际测量的溶液的含盐量高，也会导致误差。在实际使用中必须对测量介质的含盐量进行分析，以便准确测量及正确补偿。

⒋ 样品的流速氧通过膜扩散比通过样品进行扩散要慢，必须保证电极膜与溶液完全接触。对于流通式检测方式，溶液中的氧会向流通池内扩散，使靠近膜的溶液中的氧损失，产生扩散干扰，影响测量。为了测量准确，应增加流过膜的溶液的流量来补偿扩散失去的氧，样品的最小流速为0.3m/s。

注意的问题

四、注意的问题对溶解氧分析仪来说，只要选型、设置、维护得当，一般均能满足工艺的测量要求。溶解氧分析仪的使用不好的主要问题出在：使用维护不正确；电极内部泄露造成温度补偿不正常；电极输入阻抗降低等。

⒈ 日常维护仪表的日常维护主要包括定期对电极进行清洗、校验、再生。

⑴1～2 周应清洗一次电极，如果膜片上有污染物，会引起测量误差。清洗时应小心，注意不要损坏膜片。将电极放入清水中涮洗，如污物不能洗去，用软布或棉布小心擦洗。

⑵2～3 月应重新校验一次零点和量程。

⑶电极的再生大约1 年左右进行一次。当测量范围调整不过来，就需要对溶解氧电极再生。电极再生包括更换内部电解液、更换膜片、清洗银电极。如果观察银电极有氧化现象，可用细砂纸抛光。

⑷在使用中如发现电极泄露，就必须更换电解液。

⒉ 仪表标定仪表的标定方法一般可采用标准液标定或现场取样标定。

⑴标准溶液标定法：标准溶液标定一般采用两点标定，即零点标定和量程标定。零点标定溶液可采用2%的Na2SO3 溶液。量程标定溶液可根据仪表测量量程选择4M 的KCl 溶液（2mg/L）；50%的甲醇溶液（21.9mg/L）。

⑵现场取样标定法（Winkler 法）：在实际使用中，多采用Winkler 方法对溶解氧分析仪进行现场标定。使用该方法时存在两种情况：取样时仪表读数为M1，化验分析值为A，对仪表进行标定时仪表读数仍为M1，这时只须调整仪表读数等于 A 即可；取样时仪表读数为M1，化验分析值为A，对仪表进行标定时仪表读数改变为M2，这时就不能将调整仪表读数等于A，而应将仪表读数调整为 1 M A ×M2。

⑶使用中应注意的问题使用中应注意以下问题：由于溶解氧电极信号阻抗较高（约20MΩ），溶解氧电极与转换器之间距离最大为50m；溶解氧电极不用时也应处于工作状态，可接在溶解氧转换器上。久置或重新再生（更换电解液或膜）的电极，在使用前应置于无氧环境极化1～2h；由于温度变化对电极膜的扩散和氧溶解度有较大影响，标定时需较长时间（约10min），以使温补电阻达到平衡；氧分压与该地区的海拔高度有关，仪表在使用前必须根据当地大气压进行补偿；测量溶液的含盐量高时，仪表标定时应使用含盐量相当的溶液；对于流通式测量方式，要求流过电极的最小流速为0.3m/s。1

检测原理概述随着当今世界工业、农业的迅猛发展，大量的工业废水、农田排水向江河湖海排放，同时，中国城市生活污水大约有80%未经处理直接排放，小城镇及广大农村生活污水大多处于无序排放状态，使得许多地方的水质日益恶化，水污染和水资源短缺日益严重，所以迫切需要对污水进行及时监控和有效处理。其中，水中溶解氧含量是进行水质监测时的一项重要指标。

溶解氧（Dissolved Oxygen）是指溶解于水中分子状态的氧，即水中的O2，用DO表示。溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。溶解氧的一个来源是水中溶解氧未饱和时，大气中的氧气向水体渗入；另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧。溶解氧随着温度、气压、盐分的变化而变化，一般说来，温度越高，溶解的盐分越大，水中的溶解氧越低；气压越高，水中的溶解氧越高。溶解氧除了被通常水中硫化物、亚硝酸根、亚铁离子等还原性物质所消耗外，也被水中微生物的呼吸作用以及水中有机物质被好氧微生物的氧化分解所消耗。所以说溶解氧是水体的资本，是水体自净能力的表示。天然水中溶解氧近于饱和值（9ppm），藻类繁殖旺盛时，溶解氧含量下降。水体受有机物及还原性物质污染可使溶解氧降低，对于水产养殖业来说，水体溶解氧对水中生物如鱼类的生存有着至关重要的影响，当溶解氧低于4mg/L时，就会引起鱼类窒息死亡，对于人类来说，健康的饮用水中溶解氧含量不得小于6mg/L。当溶解氧（DO）消耗速率大于氧气向水体中溶入的速率时，溶解氧的含量可趋近于0，此时厌氧菌得以繁殖，使水体恶化，所以溶解氧大小能够反映出水体受到的污染，特别是有机物污染的程度，它是水体污染程度的重要指标，也是衡量水质的综合指标。因此，水体溶解氧含量的测量，对于环境监测以及水产养殖业的发展都具有重要意义。

国内外研究现状中国对水质检验的常规程序是取样后拿到实验室检验分析，中间的工作环节复杂，导致检测时间长，不能及时得到水质情况。国内一些单位和研究机构已经开发研制出一些小型溶解氧检测仪，一般都基于电流测定法，如上海雷磁仪器厂生产的JPSJ－605型溶解氧分析仪，北京北斗星工业化学研究所研制的H－BD5W手持式水质通用测试仪等，其速度方面同国外同类仪器还有一定的差距；国内对荧光溶解氧传感器也有一些研究[5][15]，技术已经达到国外平均水平，但研究实现商品化的较少。国外一般采用新型的基于荧光淬灭效应的溶解氧测量仪[16]，代表产品有瑞士DMP公司的MICROⅪ型的溶解氧测量仪，美国OXYMON氧气测量系统等等，测量精确，快速，并可以远程测量等。总的来说，市场上大多数商品化溶解氧测量仪都是基于Clark溶氧电极的，基于荧光淬灭法的光纤溶解氧传感器较少。

中国环境监测、监控技术在环境领域的应用等方面的研究与发达国家相比还存在显著差距。国内在水质监测系统上还没有自己开发的完整的设备，大多数采用国外的设备和技术，如ECOTECH公司的WQMS（水质监测系统），美国SIGMA900系列水质采样器等等，但是国外的水质检测设备和系统大多数价格高，体积大，有的不完全符合中国的环境条件。据海关统计，2000年中国进口各类仪器仪表总额70亿美元，接近中国仪器仪表工业总产值的50%。全国每年用于仪器仪表进口的费用大大超过用于购买国产仪器的费用，价格昂贵、采购周期长以及各种配件难以获得等原因，严重地约束了中国科学技术的发展。因此中国急需研究开发自行生产的环境水质自动监测仪器。

国际上发展的主流是基于荧光淬灭原理的光纤溶解氧传感器，仪器的性能一般为：重复性误差±0.3㎎/L，零点漂移和量程漂移±0.3㎎/L，响应时间（T90）≤2min，温度补偿精度±0.3㎎/L，MTBF≥720h/次。根据上述荧光淬灭的特性，拟使用如下方法实现溶解氧检测仪：光源发出的光信号经滤光片送到有荧光指示剂的区域，水中溶解氧与荧光指示剂相作用，引起光的强度、波长、频率、相位、偏振态等光学特征发生变化后送到光探测器和信号处理装置，得到溶解氧浓度的信息。为了防止污染物、水体生物的腐蚀、干扰，仪器的抗干扰能力是关键。应该从传感膜的化学稳定性，仪器的防腐蚀性能，电路的工作稳定性方面多加以研究。1

溶解氧测试仪介绍（一）技术参数范围：0～400（%）；0～60.00（mg/l)

精度：1%；0.1 mg/l

温度补偿：0～40 ℃；0～40℃

还可测量PH值；电导率；盐度等参数

（二）主要特点Co-401荣获欧洲实验室2001（EUROLAB 2001）国际金奖！

CX-742荣获华沙MEDICA – CONTROLA金奖！

（三）仪器介绍贝尔公司设计了多款电化学仪器，有PH计；电导仪；溶氧仪；温度记录仪；湿度记录仪等产品。BDO-200A型溶氧仪是高智能化在线连续监测仪。

防水型溶解氧测量仪CO-401

pH值 / 溶解氧测量仪CPO-401

⒈电导率/盐度/溶解氧测量仪CCO-401产品介绍如下：

测量纯水或污水中溶解氧（饱和度%或mg/l）、温度和大气压；

2种供电模式，9V电池或12V电源适配器，能户外和室内工作。

可选充电电池，充电时直接插在测量仪上。

测量溶解氧时能自动修正气压的影响，从而提高了测量精度，简化测试过程。

测量范围宽，能测量水中长有植物的湖水。

单点或2点氧探头校正。

CPO-401还能测量pH值，其特征类似于CP-401 pH计。

CCO-401能自动修正盐度对溶解氧测量的影响，缩短了工作时间。

CCO-401另外能测量电导率，其特征同样类似于CC-401。

自动或手动温度补偿。

能显示时间日期。

内部数据储存器能贮存200套连续或独立测量数据，附温度、时间和日期。

可选择贮存450或950套数据的储存器。

测量结果能长期保留在内存。

集成RS-232输出端口，能与电脑或标准打印机连接。

质量保证期：18个月。

⒉溶解氧测量仪CO-402 产品介绍如下：

CO-402用来测量水中溶解氧（以饱和度%或浓度mg/l表示）和温度。

适用于低含量的样品测量，如水的纯化处理，热力学，化学实验室和科学研究中。

测量精确度可与其成本更高的测量方法相媲美。

测量套件包括CO-402测量仪和包含一个带特殊流动导管的氧气传感器。

供电模式为电池或接电源适配器

LCD大屏幕显示，操作简便快捷。

自动或手动的温度补偿

可记录200个单独或连续的测量数据，附时间和日期

也可选配能记录450或950个数据的储存器。

测量结果和校正数据保存在内存中。

可跟电脑和打印机相连。

可用充电的电池。

保质期为18个月。

防水设计，仪器能在不同环境中使用。

传感器2 点校正：0% 和 100% O2。

响应时间：

气流管参数：

显示流速：30 l / h

最大压强：0.1 MPa

最高温度：+ 60℃ （氧传感器最高为+ 40℃）

接口长度：8,10，或12 mm

⒊防水型溶解氧测量仪CO-411产品介绍如下：

用于测量溶解氧（用%或mg/1表示）和温度。

能自动修正大气压和盐度对溶解氧测量结果影响。

LCD大屏幕，读数便利。

独立的温度传感器，可以测量到– 20 -199.9 ℃ (Pt-1000）范围的温度。

自动温度补偿系统

两种电源模式， 9V电池和12V的电源适配器，可在室内和户外工作。

可选用充电电池

自动断电功能

质量保证期：18个月。

范围：0 - 19.99（mg/l）；0 -199.9（%）；-50.0-199.9

精度：0.2 mg/l；2%； 0.8 ℃

温度补偿：0 - 40 ℃

压力范围：800 – 1200 hPa

盐度范围：0 – 50 g

溶解氧测量仪CO-501 和 CO-502

pH值/溶解氧测量仪 CPO-501 和 CPO-502

⒋电导率/盐度/溶解氧测量仪CCO-501 和 CCO-502产品介绍如下：

实验室台式设计，配12V电源适配器。

502型集成热敏打印机。

测量水或污水中溶解氧（饱和度%，mg/l）、温度和气压。

能自动修正气压对溶解氧测量的影响。

CPO型还能测量pH值，其特点类似于CP-501 pH计。

CCO型还能测量电导率，盐度，其特点类似于CC-501型。

CCO型能测量盐度，并能自动修正盐度对溶解浓度的影响，因此使得测量工作简单快速。

溶解氧传感器1点或2点校正。

自动或手动温度补偿。

可显示时间和日期。

内部数据储存器可收集200套连续或独立的数据结果，并附有温度、时间和日期。

也可选配能记录450或950个数据储存器。

集成 RS-232 端口，能与计算机或标准打印机连接。

质量保证期：18个月。

标准型测试仪（一）简要介绍BDO-200A型中文在线溶氧仪是该公司生产高智能化在线连续监测仪。可以配极谱式电极，自动实现从ppb级到ppm级的宽范围测量，是检测锅炉给水、凝结水、环保污水等行业的液体中氧含量测量的专用仪器。其具有响应快、稳定、可靠、使用费用低等特点，适合火力发电厂大量使用。

（二）详细资料配备了自动温度补偿、盐度补偿和压力偏差校正，DO6和DO100均提供高精度mg/L、ppm或饱和空气%的溶解氧值，坚固的原电池探头仅需最小维护量，非常耐用。

可自定义显示mg/L、ppm或饱和空气%的溶解氧值

DO100可以处理和存储16组不同的读数，实验中随意调用

DO300可储存50组数据

原电池探头与自动温度补偿传感器集成一体---完全防水，沉入式工作非常安全

（三）技术指标⒈标准型溶解氧测试仪 ECOScan DO6

DO 量程：0.0~19.99mg/L(ppm),0.0 ~ 199.9%

分辨率/精度：0.01mg/L(ppm),0.1%，±1.5%

温度量程/分辨率：-5.0~105.0℃/0.1℃

分辨率/精度：0.1℃&amp；±0.3℃

自动温度补偿： 0 ~ 50℃

探头：原电池

响应时间：60 秒达到95% 响应读数

⒉标准型溶解氧测试仪 CyberScan DO100

DO 量程：0.0~19.99mg/L(ppm),0.0~199.9%

分辨率/精度：0.01mg/L(ppm),0.1%，±1.5%

温度量程/分辨率：0.0 ~100.0℃/0.1 ℃

分辨率/精度：0.1℃ & ±0.3℃

自动温度补偿： 0 ~ 50℃

探头：原电池

响应时间：40 秒达到93% 响应读数

⒊防水型高级溶解氧测试仪CyberScan DO300

DO 量程：0.0~19.99mg/L(ppm),0.0~199.9%

分辨率/精度：0.01mg/L(ppm),0.1%，±1.5%

温度量程/分辨率：0.0~100.0℃/0.1℃

分辨率/精度：0.1℃ & ±0.3℃

自动温度补偿： 0 ~ 100℃

探头：原电池

响应时间：40 秒达到93% 响应读数

产品1、便携式溶解氧（DO）测量仪

JPBJ-608 智能型便携式，仪器外形新颖、携带方便，适用于现场和野外操作。

2、便携式溶解氧（DO）测量仪 JPB-607

便携式，用于溶解氧的测量。

3、智能型台式溶解氧（DO）测量仪

JPSJ-605 适用于自来水厂水源监测、水产养殖、城市污水处理、环境保护监测、饮料行业及科研单位对水体溶解氧的测定。1

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学