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2022-09-08
水生環(huán)境中的溶解氧對(duì)大多數(shù)物種至關(guān)重要，系統(tǒng)了解水中的溶解氧水平對(duì)水生環(huán)境管理人員，養(yǎng)殖及研究人員等同樣重要。在我們測(cè)量溶解氧的時(shí)候，必須考慮到溫度、鹽度、氣壓、流量這4個(gè)變量。
測(cè)量溶解氧最重要的變量是 - 溫度。因此，確保儀器上的溫度傳感器正確測(cè)量非常重要，因?yàn)闇囟纫詢煞N方式影響DO測(cè)量。下表是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水中的飽和溶解度下溶解氧含量。可以看到在均為飽和狀態(tài)下，不同溫度下溶解氧的含量是不同的。
溫度-氧氣 溶解度關(guān)系 | |
溫度(℃) | 溶解氧（mg/L） |
0 | 14.6 |
5 | 12.8 |
10 | 11.3 |
15 | 10.2 |
20 | 9.2 |
25 | 8.6 |
100 | 0 |
首先，由于分子活度的增加或減少，氧通過(guò)電化學(xué)探針的膜或光學(xué)探針的傳感元件的擴(kuò)散隨溫度而變化。根據(jù)穩(wěn)態(tài)電化學(xué)傳感器的膜材料，基于溫度的擴(kuò)散速率變化可能高達(dá)每攝氏度約4%，快速脈沖傳感器為每攝氏度1%，光學(xué)傳感器約為每攝氏度1.5%。
例如，如果樣品的溫度從20°C變化到15°C，則探頭信號(hào)會(huì)根據(jù)所使用的傳感器而變化，從而降低溶解氧飽和度讀數(shù)，即使水的飽和度百分比沒(méi)有變化。
因此，必須對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行溫度變化補(bǔ)償。一般通過(guò)在較舊的模擬儀器的電路中添加熱敏電阻來(lái)完成的。對(duì)于較新的數(shù)字儀器，該軟件使用專有算法補(bǔ)償溫度變化，這些算法使用探頭熱敏電阻的溫度讀數(shù)。
對(duì)于光學(xué)溶解氧傳感器，一般的熒光探針材料的溫度變化符合Arrhenius（阿列紐斯）方程。
可以看到它是遵循指數(shù)方程式，當(dāng)然不同的指示探針和不同的包埋會(huì)影響它的具體參數(shù)，但總體趨勢(shì)不變。
到目前為止，所描述的調(diào)整僅補(bǔ)償溫度對(duì)通過(guò)膜或傳感元件的氧氣擴(kuò)散速率的影響。除了這種效果外，溫度還會(huì)影響水的溶解氧能力。一個(gè)科學(xué)事實(shí)是，氧氣在水中的溶解度與溫度成正比。
然而，溶解氧濃度會(huì)隨著溫度而變化，因?yàn)檠鯕庠谒械娜芙舛葧?huì)隨著溫度而變化。例如，在15oC下，水可以溶解10.08 mg / L，而30oC水只能溶解7.56 mg / L的氧氣，即使兩個(gè)樣品的飽和度百分比值均為100%。因此，我們必須根據(jù)樣品的溫度，補(bǔ)償溶解氧濃度讀數(shù)。
下面說(shuō)明如何將飽和度百分比轉(zhuǎn)換為 mg/L（也稱為 ppm 或百萬(wàn)分之一）。
為了進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換，必須知道樣品的溫度和鹽度。這就是為什么在計(jì)算mg / L值時(shí)必須使用準(zhǔn)確的溫度值的原因。
第一步：確定樣品的飽和度、溫度和鹽度百分比。
第二步：將飽和度讀數(shù)乘以氧溶解度表的相應(yīng)列（取決于鹽度）和行（取決于溫度）中的值。
例：
第一步：在20oC下測(cè)量樣品具有80%的溶解氧飽和度，0 ppt鹽度
第二步：將 0.80（即溶解氧飽和度百分比）乘以 9.09（0 鹽度和 20oC 時(shí)氧溶解度表的值）= 7.27 mg/L。
結(jié)果：7.27是mg / L值，對(duì)應(yīng)于20oC下鹽度為零的樣品的80%溶解氧飽和度讀數(shù)。
影響溶氧濃度的第二個(gè)變量是水樣的鹽度。雖然飽和度百分比讀數(shù)不是水的鹽度（或溶解固體含量）的函數(shù)，但溶解氧濃度隨鹽度變化而改變。
隨著水的鹽度增加，其溶解氧的能力降低。例如，在25oC下鹽度為0 ppt的飽和氧淡水含有8.26 mg / L的氧氣，而在相同壓力和溫度下的氧飽和海水（~36 ppt）僅含有6.72 mg / L的溶解氧。
因此，鹽度（以及溫度）必須考慮儀器的溶解氧計(jì)算。該計(jì)算基于飽和度讀數(shù)百分比，溫度讀數(shù)以及使用水和廢水檢查標(biāo)準(zhǔn)方法中的公式測(cè)量或輸入的鹽度值。
傳感器在計(jì)算溶解氧時(shí)使用的鹽度值是通過(guò)兩種方式之一獲得的，具體取決于所使用的傳感器。可同時(shí)測(cè)量電導(dǎo)率的蛙視多參數(shù)傳感器（BSM-2）。電導(dǎo)率傳感器測(cè)量的鹽度值用于mg / L計(jì)算。因此，重要的是要確保電導(dǎo)率傳感器經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)和準(zhǔn)確讀取，以獲得準(zhǔn)確的溶解氧 mg/L讀數(shù)。
對(duì)于沒(méi)有電導(dǎo)率傳感器的蛙視溶解氧傳感器，最終用戶必須手動(dòng)輸入樣品的鹽度值。請(qǐng)參閱下面的鹽度指南，了解各種類型水的典型鹽度值列表。
鹽度指南 - 按水類型劃分的平均鹽度
水型 | 平均鹽度 |
淡水 | <0.5百分點(diǎn)* |
咸淡水 | 0.5 至 30 ppt |
海水 | 33 至 37 ppt |
鹽水 | 30 至 50 ppt |
鹽水 | >50ppt |
*鹽度是根據(jù)實(shí)用鹽度標(biāo)度從電導(dǎo)率和溫度讀數(shù)確定的無(wú)單位測(cè)量值，該量表可在水和廢水檢查的標(biāo)準(zhǔn)方法中找到。
通過(guò)實(shí)際鹽度標(biāo)度確定的鹽度值被命名為“ppt"，因?yàn)檫@些值非常接近以前使用的方法確定的鹽度，其中報(bào)告了給定質(zhì)量水中溶解鹽的質(zhì)量（千分之一）。今天，ppt通常被PSU（實(shí)用鹽度單位）取代，作為描述由實(shí)用鹽度表計(jì)算的鹽度的單位;但是，這些值是等效的，因?yàn)樗鼈冇上嗤姆椒ù_定。
在對(duì)不同鹽度的水進(jìn)行采樣時(shí)，例如在咸淡水（如河口或沿海濕地）中，建議您校準(zhǔn)使用溶氧傳感器時(shí)，如果您必須手動(dòng)輸入鹽度值，請(qǐng)使用將要測(cè)量的水的值。如果您有電導(dǎo)率傳感器和溶解氧傳感器，請(qǐng)確保正確校準(zhǔn)電導(dǎo)率，以補(bǔ)償正確的鹽度值。
關(guān)于溶解氧校準(zhǔn)和測(cè)量中的潛在影響，另一個(gè)因素是氣壓。
氣壓影響空氣或水樣品中的氧氣壓力。例如，空氣中氧氣的百分比始終為21%，但氧氣的實(shí)際壓力隨氣壓的變化而變化。在海平面上，氧氣的壓力為160毫米汞柱（0.21 x 760毫米汞柱）。
在*充氣的樣品中，傳感器測(cè)量的飽和度百分比為100%（160/160 x 100%）。如果樣品的溫度為25oC，傳感器將根據(jù)氧溶解度表將溶解氧濃度計(jì)算為8.26 mg / L。當(dāng)樣品在高度上移動(dòng)并保持空氣飽和時(shí)，氣壓會(huì)降低，樣品中的氧氣壓力也會(huì)降低。
在海拔343米處，氧氣壓力為153 mmHg（0.21 x 730 mmHg），在*充氣的樣品中，探頭讀取的相對(duì)于海平面的飽和度百分比為95.6%（153/160 x 100%）。如果樣品的溫度為25oC，儀器將根據(jù)氧溶解度表計(jì)算出7.92 mg / L或8.26的96%的溶解氧濃度。
蛙視傳感建議，定期對(duì)您的溶解氧傳感器進(jìn)行適當(dāng)?shù)?strong style="box-sizing: inherit;padding: 0px;border: 0px;font-style: inherit;font-variant: inherit;font-stretch: inherit;font-size: inherit;line-height: inherit;font-family: inherit;vertical-align: baseline">校準(zhǔn)，或者至少快速檢查溶氧%值是否讀數(shù)在海拔/氣壓下應(yīng)讀數(shù)的+/-2%或+/-1%以內(nèi)內(nèi)。
有許多因素會(huì)影響您的溶解氧測(cè)量。到目前為止，我們已經(jīng)了解了溫度，鹽度，氣壓的影響，接下來(lái)解決流量依賴性問(wèn)題。
電化學(xué)傳感器，如Clark（Leland Clark）極譜法傳感器，在測(cè)量過(guò)程中消耗氧氣，因此需要樣品移動(dòng)，否則讀數(shù)將被人為地降低。
然而，光學(xué)傳感器使用非消耗性方法進(jìn)行溶解氧測(cè)量，從而無(wú)需流量依賴性或攪拌要求的傳感方法。
下圖說(shuō)明了光學(xué)傳感器的這一優(yōu)勢(shì)。第一種是在空氣飽和的水樣品中使用穩(wěn)態(tài)極譜傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)圖，其中機(jī)械攪拌棒提供了足夠的樣品移動(dòng)。當(dāng)攪拌機(jī)關(guān)閉時(shí)，讀數(shù)開(kāi)始下降，導(dǎo)致人為地降低溶解氧測(cè)量值。
第二種是在同一空氣飽和的水樣品中使用光學(xué)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)圖，其中樣品移動(dòng)仍由攪拌棒提供。當(dāng)關(guān)閉攪拌機(jī)構(gòu)進(jìn)行光學(xué)測(cè)量時(shí)，讀數(shù)依然保持恒定和準(zhǔn)確，證明光學(xué)傳感器不依賴于流量。這是光學(xué)傳感器的一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于低流量應(yīng)用，或樣品移動(dòng)困難時(shí)。
針對(duì)不同應(yīng)用，蛙視開(kāi)發(fā)了基于熒光猝滅原理的多種光學(xué)溶解氧傳感器。包括常溫常壓使用的ppm級(jí)溶解氧，常溫耐一定溶劑的ppb級(jí)溶解氧，耐高溫消毒溶解氧。具體請(qǐng)參見(jiàn)下圖。
ppm級(jí)光學(xué)溶解氧傳感器
ppb級(jí)溶解氧傳感器
耐高溫消毒溶解氧傳感器