在污水處理過程中，通過增加污水中的氧含量使污染物通過活化泥漿被分解出來，達到污水淨化的目的，測量氧含量有助於確定最佳的淨化方法和最經濟的曝氣池配置。在生物發酵過程中氧含量的測量數據可對工藝過程進行指導，如判斷發酵過程的臨界氧濃度、發酵罐的供氧能力以及菌體的活性和菌體的生長量等，並根據發酵時的供氧和需氧變化來指導補料操作。
基本介紹
- 中文名：溶解氧測試儀
- 外文名：Dissolved oxygen tester
- 套用：污水處理檢測
- 檢測方法：碘量法、電流測定法、螢光猝滅法
- 原理學科：物理學
原理,檢測原理,概述,溶解氧,國內外研究現狀,溶解氧測試儀介紹,（一）技術參數,（二）主要特點,（三）儀器介紹,標準型測試儀,（一）簡要介紹,（二）詳細資訊,（三）技術指標,產品,
原理
溶解度取決於溫度、壓力和水中溶解的鹽
一、溶解氧分析儀測量原理氧在水中的溶解度取決於溫度、壓力和水中溶解的鹽。溶解氧分析儀感測部分是由金電極（陰極）和銀電極（陽極）及氯化鉀或氫氧化鉀電解液組成，氧通過膜擴散進入電解液與金電極和銀電極構成測量迴路。當給溶解氧分析儀電極加上0.6～ 0.8V 的極化電壓時，氧通過膜擴散，陰極釋放電子，陽極接受電子，產生電流，整個反應過程為：陽極 Ag+Cl→AgCl+2e- 陰極 O2+2H2O+4e→4OH- 根據法拉第定律：流過溶解氧分析儀電極的電流和氧分壓成正比，在溫度不變的情況下電流和氧濃度之間呈線性關係。
表示方法
二、溶解氧含量的表示方法溶解氧含量有3 種不同的表示方法：氧分壓（mmHg）；百分飽和度（%）；氧濃度（mg/L 或10-6），這3 種方法本質上沒什麼不同。
⑴分壓表示法：氧分壓表示法是最基本和最本質的表示法。根據Henry 定律可得，P=(Po2+P H2O）×0.209，其中，P 為總壓；Po2 為氧分壓（mmHg）；P H2O 為水蒸氣分壓；0.209 為空氣中氧的含量。
⑵百分飽和度表示法：由於曝氣發酵十分複雜，氧分壓不能計算得到，在此情況下用百分飽和度的表示法是最合適的。例如將標定時溶解氧定為100%，零氧時為0%，則反應過程中的溶解氧含量即為標定時的百分數。
⑶氧濃度表示法：根據Henry 定律可知氧濃度與其分壓成正比，即：C=Po2 ×a，其中C 為氧濃度（mg/L）；Po2 為氧分壓（mmHg）；a 為溶解度係數（mg/mmHg·L）。溶解度係數a 不僅與溫度有關，還與溶液的成分有關。對於溫度恆定的水溶液，a 為常數，則可測量氧的濃度。氧濃度表示法在發酵工業中不常用，但在污水處理、生活飲用水等過程中都用氧濃度來表示。
影響溶解氧測量的因素
三、影響溶解氧測量的因素氧的溶解度取決於溫度、壓力和水中溶解的鹽，另外氧通過溶液擴散比通過膜擴散快，如流速太慢會產生干擾。
⒈ 溫度的影響由於溫度變化，膜的擴散係數和氧的溶解度都將發生變化，直接影響到溶氧電極電流輸出，常採用熱敏電阻來消除溫度的影響。溫度上升，擴散係數增加，溶解度反而減小。溫度對溶解度係數a 的影響可以根據Henry 定律來估算，溫度對膜擴散係數β可以通過阿侖尼烏斯定律來估算。
⑴氧的溶解度係數：由於溶解度係數a 不僅受溫度的影響，而且受溶液的成分的影響。在相同氧分壓下，不同組分的實際氧濃度也可能不同。根據亨利定律可知氧濃度與其分壓成正比，對於稀溶液，溫度變化溶解度係數a 的變化約為2%/ ℃。
⑵膜的擴散係數：根據阿侖尼烏斯定律，溶解度係數β與溫度T 的關係為：C=KPo2·exp(-β/T），其中假定K、Po2 為常數，則可以計算出β在25℃時為2.3%/ ℃。當溶解度係數a 計算出來後，可通過儀表指示和化驗分析值對比計算出膜的擴散係數（這裡略去計算過程），膜的擴散係數在25℃時為1.5%/℃。
⒉ 大氣壓的影響根據Henry 定律，氣體的溶解度與其分壓成正比。氧分壓與該地區的海拔高度有關，高原地區和平原地區的差可達20%，使用前必須根據當地大氣壓進行補償。有些儀表內部配有氣壓表，在標定時可自動進行校正；有些儀表未配置氣壓表，在標定時要根據當地氣象站提供的數據進行設定，如果數據有誤，將導致較大的測量誤差。
⒊ 溶液中含鹽量鹽水中的溶解氧明顯低於自來水中的溶解氧，為了準確測量，必須考慮含鹽量對溶解氧的影響。在溫度不變的情況下，鹽含量每增加100mg/L，溶解氧降低約1%。如果儀表在標定時使用的溶液的含鹽量低，而實際測量的溶液的含鹽量高，也會導致誤差。在實際使用中必須對測量介質的含鹽量進行分析，以便準確測量及正確補償。
⒋ 樣品的流速氧通過膜擴散比通過樣品進行擴散要慢，必須保證電極膜與溶液完全接觸。對於流通式檢測方式，溶液中的氧會向流通池內擴散，使靠近膜的溶液中的氧損失，產生擴散干擾，影響測量。為了測量準確，應增加流過膜的溶液的流量來補償擴散失去的氧，樣品的最小流速為0.3m/s。
注意的問題
四、注意的問題對溶解氧分析儀來說，只要選型、設定、維護得當，一般均能滿足工藝的測量要求。溶解氧分析儀的使用不好的主要問題出在：使用維護不正確；電極內部泄露造成溫度補償不正常；電極輸入阻抗降低等。
⒈ 日常維護儀表的日常維護主要包括定期對電極進行清洗、校驗、再生。
⑴1～2 周應清洗一次電極，如果膜片上有污染物，會引起測量誤差。清洗時應小心，注意不要損壞膜片。將電極放入清水中涮洗，如污物不能洗去，用軟布或棉布小心擦洗。
⑵2～3 月應重新校驗一次零點和量程。
⑶電極的再生大約1 年左右進行一次。當測量範圍調整不過來，就需要對溶解氧電極再生。電極再生包括更換內部電解液、更換膜片、清洗銀電極。如果觀察銀電極有氧化現象，可用細砂紙拋光。
⑷在使用中如發現電極泄露，就必須更換電解液。
⒉ 儀表標定儀表的標定方法一般可採用標準液標定或現場取樣標定。
⑴標準溶液標定法：標準溶液標定一般採用兩點標定，即零點標定和量程標定。零點標定溶液可採用2%的Na2SO3 溶液。量程標定溶液可根據儀表測量量程選擇4M 的KCl 溶液（2mg/L）；50%的甲醇溶液（21.9mg/L）。
⑵現場取樣標定法（Winkler 法）：在實際使用中，多採用Winkler 方法對溶解氧分析儀進行現場標定。使用該方法時存在兩種情況：取樣時儀表讀數為M1，化驗分析值為A，對儀表進行標定時儀表讀數仍為M1，這時只須調整儀表讀數等於 A 即可；取樣時儀表讀數為M1，化驗分析值為A，對儀表進行標定時儀表讀數改變為M2，這時就不能將調整儀表讀數等於A，而應將儀表讀數調整為 1 M A ×M2。
⑶使用中應注意的問題使用中應注意以下問題：由於溶解氧電極信號阻抗較高（約20MΩ），溶解氧電極與轉換器之間距離最大為50m；溶解氧電極不用時也應處於工作狀態，可接在溶解氧轉換器上。久置或重新再生（更換電解液或膜）的電極，在使用前應置於無氧環境極化1～2h；由於溫度變化對電極膜的擴散和氧溶解度有較大影響，標定時需較長時間（約10min），以使溫補電阻達到平衡；氧分壓與該地區的海拔高度有關，儀表在使用前必須根據當地大氣壓進行補償；測量溶液的含鹽量高時，儀表標定時應使用含鹽量相當的溶液；對於流通式測量方式，要求流過電極的最小流速為0.3m/s。
檢測原理
概述
隨著當今世界工業、農業的迅猛發展，大量的工業廢水、農田排水向江河湖海排放，同時，中國城市生活污水大約有80%未經處理直接排放，小城鎮及廣大農村生活污水大多處於無序排放狀態，使得許多地方的水質日益惡化，水污染和水資源短缺日益嚴重，所以迫切需要對污水進行及時監控和有效處理。其中，水中溶解氧含量是進行水質監測時的一項重要指標。
溶解氧
（Dissolved Oxygen）是指溶解於水中分子狀態的氧，即水中的O2，用DO表示。溶解氧是水生生物生存不可缺少的條件。溶解氧的一個來源是水中溶解氧未飽和時，大氣中的氧氣向水體滲入；另一個來源是水中植物通過光合作用釋放出的氧。溶解氧隨著溫度、氣壓、鹽分的變化而變化，一般說來，溫度越高，溶解的鹽分越大，水中的溶解氧越低；氣壓越高，水中的溶解氧越高。溶解氧除了被通常水中硫化物、亞硝酸根、亞鐵離子等還原性物質所消耗外，也被水中微生物的呼吸作用以及水中有機物質被好氧微生物的氧化分解所消耗。所以說溶解氧是水體的資本，是水體自淨能力的表示。天然水中溶解氧近於飽和值（9ppm），藻類繁殖旺盛時，溶解氧含量下降。水體受有機物及還原性物質污染可使溶解氧降低，對於水產養殖業來說，水體溶解氧對水中生物如魚類的生存有著至關重要的影響，當溶解氧低於4mg/L時，就會引起魚類窒息死亡，對於人類來說，健康的飲用水中溶解氧含量不得小於6mg/L。當溶解氧（DO）消耗速率大於氧氣向水體中溶入的速率時，溶解氧的含量可趨近於0，此時厭氧菌得以繁殖，使水體惡化，所以溶解氧大小能夠反映出水體受到的污染，特別是有機物污染的程度，它是水體污染程度的重要指標，也是衡量水質的綜合指標。因此，水體溶解氧含量的測量，對於環境監測以及水產養殖業的發展都具有重要意義。
國內外研究現狀
中國對水質檢驗的常規程式是取樣後拿到實驗室檢驗分析，中間的工作環節複雜，導致檢測時間長，不能及時得到水質情況。國內一些單位和研究機構已經開發研製出一些小型溶解氧檢測儀，一般都基於電流測定法，如上海雷磁儀器廠生產的JPSJ－605型溶解氧分析儀，北京北斗星工業化學研究所研製的H－BD5W手持式水質通用測試儀等，其速度方面同國外同類儀器還有一定的差距；國內對螢光溶解氧感測器也有一些研究[5][15]，技術已經達到國外平均水平，但研究實現商品化的較少。國外一般採用新型的基於螢光淬滅效應的溶解氧測量儀[16]，代表產品有瑞士DMP公司的MICROⅪ型的溶解氧測量儀，美國OXYMON氧氣測量系統等等，測量精確，快速，並可以遠程測量等。總的來說，市場上大多數商品化溶解氧測量儀都是基於Clark溶氧電極的，基於螢光淬滅法的光纖溶解氧感測器較少。
中國環境監測、監控技術在環境領域的套用等方面的研究與已開發國家相比還存在顯著差距。國內在水質監測系統上還沒有自己開發的完整的設備，大多數採用國外的設備和技術，如ECOTECH公司的WQMS（水質監測系統），美國SIGMA900系列水質採樣器等等，但是國外的水質檢測設備和系統大多數價格高，體積大，有的不完全符合中國的環境條件。據海關統計，2000年中國進口各類儀器儀表總額70億美元，接近中國儀器儀表工業總產值的50%。全國每年用於儀器儀表進口的費用大大超過用於購買國產儀器的費用，價格昂貴、採購周期長以及各種配件難以獲得等原因，嚴重地約束了中國科學技術的發展。因此中國急需研究開發自行生產的環境水質自動監測儀器。
國際上發展的主流是基於螢光淬滅原理的光纖溶解氧感測器，儀器的性能一般為：重複性誤差±0.3㎎/L，零點漂移和量程漂移±0.3㎎/L，回響時間（T90）≤2min，溫度補償精度±0.3㎎/L，MTBF≥720h/次。根據上述螢光淬滅的特性，擬使用如下方法實現溶解氧檢測儀：光源發出的光信號經濾光片送到有螢光指示劑的區域，水中溶解氧與螢光指示劑相作用，引起光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等光學特徵發生變化後送到光探測器和信號處理裝置，得到溶解氧濃度的信息。為了防止污染物、水體生物的腐蝕、干擾，儀器的抗干擾能力是關鍵。應該從感測膜的化學穩定性，儀器的防腐蝕性能，電路的工作穩定性方面多加以研究。
溶解氧測試儀介紹
（一）技術參數
範圍：0～400（%）；0～60.00（mg/l)
精度：1%；0.1 mg/l
溫度補償：0～40 ℃；0～40℃
還可測量PH值；電導率；鹽度等參數
（二）主要特點
Co-401榮獲歐洲實驗室2001（EUROLAB 2001）國際金獎！
CX-742榮獲華沙MEDICA – CONTROLA金獎！
（三）儀器介紹
貝爾公司設計了多款電化學儀器，有PH計；電導儀；溶氧儀；溫度記錄儀；濕度記錄儀等產品。BDO-200A型溶氧儀是高智慧型化線上連續監測儀。
防水型溶解氧測量儀CO-401
pH值 / 溶解氧測量儀CPO-401
⒈電導率/鹽度/溶解氧測量儀CCO-401產品介紹如下：
測量純水或污水中溶解氧（飽和度%或mg/l）、溫度和大氣壓；
2種供電模式，9V電池或12V電源適配器，能戶外和室內工作。
可選充電電池，充電時直接插在測量儀上。
測量溶解氧時能自動修正氣壓的影響，從而提高了測量精度，簡化測試過程。
測量範圍寬，能測量水中長有植物的湖水。
單點或2點氧探頭校正。
CPO-401還能測量pH值，其特徵類似於CP-401 pH計。
CCO-401能自動修正鹽度對溶解氧測量的影響，縮短了工作時間。
CCO-401另外能測量電導率，其特徵同樣類似於CC-401。
自動或手動溫度補償。
能顯示時間日期。
內部數據儲存器能貯存200套連續或獨立測量數據，附溫度、時間和日期。
可選擇貯存450或950套數據的儲存器。
測量結果能長期保留在記憶體。
集成RS-232輸出連線埠，能與電腦或標準印表機連線。
質量保證期：18個月。
⒉溶解氧測量儀CO-402 產品介紹如下：
CO-402用來測量水中溶解氧（以飽和度%或濃度mg/l表示）和溫度。
適用於低含量的樣品測量，如水的純化處理，熱力學，化學實驗室和科學研究中。
測量精確度可與其成本更高的測量方法相媲美。
測量套件包括CO-402測量儀和包含一個帶特殊流動導管的氧氣感測器。
供電模式為電池或接電源適配器
LCD大螢幕顯示，操作簡便快捷。
自動或手動的溫度補償
可記錄200個單獨或連續的測量數據，附時間和日期
也可選配能記錄450或950個數據的儲存器。
測量結果和校正數據保存在記憶體中。
可跟電腦和印表機相連。
可用充電的電池。
保質期為18個月。
防水設計，儀器能在不同環境中使用。
感測器2 點校正：0% 和 100% O2。
回響時間：< 30 s.
氣流管參數：
顯示流速：30 l / h
最大壓強：0.1 MPa
最高溫度：+ 60℃ （氧感測器最高為+ 40℃）
接口長度：8,10，或12 mm
⒊防水型溶解氧測量儀CO-411產品介紹如下：
用於測量溶解氧（用%或mg/1表示）和溫度。
能自動修正大氣壓和鹽度對溶解氧測量結果影響。
LCD大螢幕，讀數便利。
獨立的溫度感測器，可以測量到– 20 -199.9 ℃ (Pt-1000）範圍的溫度。
自動溫度補償系統
兩種電源模式， 9V電池和12V的電源適配器，可在室內和戶外工作。
可選用充電電池
自動斷電功能
質量保證期：18個月。
範圍：0 - 19.99（mg/l）；0 -199.9（%）；-50.0-199.9
精度：0.2 mg/l；2%； 0.8 ℃
溫度補償：0 - 40 ℃
壓力範圍：800 – 1200 hPa
鹽度範圍：0 – 50 g
溶解氧測量儀CO-501 和 CO-502
pH值/溶解氧測量儀 CPO-501 和 CPO-502
⒋電導率/鹽度/溶解氧測量儀CCO-501 和 CCO-502產品介紹如下：
實驗室台式設計，配12V電源適配器。
502型集成熱敏印表機。
測量水或污水中溶解氧（飽和度%，mg/l）、溫度和氣壓。
能自動修正氣壓對溶解氧測量的影響。
CPO型還能測量pH值，其特點類似於CP-501 pH計。
CCO型還能測量電導率，鹽度，其特點類似於CC-501型。
CCO型能測量鹽度，並能自動修正鹽度對溶解濃度的影響，因此使得測量工作簡單快速。
溶解氧感測器1點或2點校正。
自動或手動溫度補償。
可顯示時間和日期。
內部數據儲存器可收集200套連續或獨立的數據結果，並附有溫度、時間和日期。
也可選配能記錄450或950個數據儲存器。
集成 RS-232 連線埠，能與計算機或標準印表機連線。
質量保證期：18個月。
標準型測試儀
（一）簡要介紹
BDO-200A型中文線上溶氧儀是該公司生產高智慧型化線上連續監測儀。可以配極譜式電極，自動實現從ppb級到ppm級的寬範圍測量，是檢測鍋爐給水、凝結水、環保污水等行業的液體中氧含量測量的專用儀器。其具有回響快、穩定、可靠、使用費用低等特點，適合火力發電廠大量使用。
（二）詳細資訊
配備了自動溫度補償、鹽度補償和壓力偏差校正，DO6和DO100均提供高精度mg/L、ppm或飽和空氣%的溶解氧值，堅固的原電池探頭僅需最小維護量，非常耐用。
可自定義顯示mg/L、ppm或飽和空氣%的溶解氧值
DO100可以處理和存儲16組不同的讀數，實驗中隨意調用
DO300可儲存50組數據
原電池探頭與自動溫度補償感測器集成一體---完全防水，沉入式工作非常安全
（三）技術指標
⒈標準型溶解氧測試儀 ECOScan DO6
DO 量程：0.0~19.99mg/L(ppm),0.0 ~ 199.9%
解析度/精度：0.01mg/L(ppm),0.1%，±1.5%
溫度量程/解析度：-5.0~105.0℃/0.1℃
解析度/精度：0.1℃&；±0.3℃
自動溫度補償： 0 ~ 50℃
探頭：原電池
回響時間：60 秒達到95% 回響讀數
⒉標準型溶解氧測試儀 CyberScan DO100
DO 量程：0.0~19.99mg/L(ppm),0.0~199.9%
解析度/精度：0.01mg/L(ppm),0.1%，±1.5%
溫度量程/解析度：0.0 ~100.0℃/0.1 ℃
解析度/精度：0.1℃ & ±0.3℃
自動溫度補償： 0 ~ 50℃
探頭：原電池
回響時間：40 秒達到93% 回響讀數
⒊防水型高級溶解氧測試儀CyberScan DO300
DO 量程：0.0~19.99mg/L(ppm),0.0~199.9%
解析度/精度：0.01mg/L(ppm),0.1%，±1.5%
溫度量程/解析度：0.0~100.0℃/0.1℃
解析度/精度：0.1℃ & ±0.3℃
自動溫度補償： 0 ~ 100℃
探頭：原電池
回響時間：40 秒達到93% 回響讀數
產品
1、攜帶型溶解氧（DO）測量儀
JPBJ-608 智慧型型攜帶型，儀器外形新穎、攜帶方便，適用於現場和野外操作。
2、攜帶型溶解氧（DO）測量儀 JPB-607
攜帶型，用於溶解氧的測量。
3、智慧型型台式溶解氧（DO）測量儀
JPSJ-605 適用於自來水廠水源監測、水產養殖、城市污水處理、環境保護監測、飲料行業及科研單位對水體溶解氧的測定。
