如何測(cè)量溶解氧？

溶解氧是一種反應(yīng)性氣體，用于測(cè)量。直到20世紀(jì)60年代初，還沒(méi)有簡(jiǎn)單的溶液來(lái)測(cè)定溶解氧，通常使用滴定法，即所謂的溫克勒滴定法，由Lajos Winkler于1888年發(fā)表。使用碘含量法的滴定法測(cè)定溶解氧。這是一個(gè)多階段的過(guò)程，只能在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行，需要付出一些努力和相應(yīng)的不確定性。

電化學(xué)傳感器系列

1962年，利蘭·克拉克（Leland Clark，1918-2005）發(fā)表了以他的名字命名的克拉克電極，這是電化學(xué)氧傳感器之母。這是一個(gè)充滿電解質(zhì)的電化學(xué)電池，通過(guò)帶有電極系統(tǒng)的透氣（聚四氟乙®烯）膜與要檢查的介質(zhì)分離，其中陰極表面的溶解氧被減少。在此過(guò)程中流動(dòng)的電流是消耗氧氣的直接測(cè)量，因此可用于測(cè)量氧氣。

在這種類型的電池中，測(cè)量設(shè)備在電極之間施加規(guī)定的電壓，在此電壓下該過(guò)程以最佳方式運(yùn)行。

WTW®品牌的傳感器，例如用于廢水分析的TriOxmatic®系列傳感器，已經(jīng)并將繼續(xù)按照這一原理工作。TriOxmatic® 這個(gè)名字來(lái)源于第三個(gè)電極，該電極監(jiān)測(cè)所用電解質(zhì)的質(zhì)量并發(fā)出更換電解質(zhì)的信號(hào)。

WTW開(kāi)發(fā)了另一種類型的溶解氧傳感器，至今仍被廣泛使用，特別是在現(xiàn)場(chǎng)，也用于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用：CellOx® 系列原電流氧傳感器。

原理圖顯示了設(shè)計(jì)：

與極譜氧傳感器相比，這些傳感器具有一種內(nèi)部電池單元，可以自行產(chǎn)生所需的電壓：陰極由金制成，陽(yáng)極由鉛制成。

在氧氣存在的情況下，會(huì)發(fā)生以下氧化還原方程：

2 Pb → 2 Pb2++ 4e 氧化-

4e + O-2+ 2 小時(shí)2O → 4OH 減少-

2 鉛 + O2+ 2 小時(shí)2O → 2 Pb（OH）2總體反應(yīng)

這表明這些傳感器需要維護(hù)，因?yàn)楸仨毑粫r(shí)去除氫氧化鉛中的沉淀物。然而，優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，這些傳感器不必像極譜傳感器那樣或至少連接到一定時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)其全部功能，但即使在拔下插頭或打開(kāi)時(shí)，實(shí)際上也可以運(yùn)行。DIN EN ISO 5814 中還描述了電化學(xué)氧傳感器的功能。

電化學(xué)氧傳感器的特點(diǎn)

從上面的等式中可以看出，電化學(xué)氧傳感器會(huì)消耗氧氣。必須提供這種氧氣。在實(shí)驗(yàn)室中，需要攪拌，但對(duì)于河流、溪流或湖泊等水體，自然流量一般是足夠的。如果不能保證這一點(diǎn)，傳感器消耗的氧氣將多于供應(yīng)給它的氧氣，并且讀數(shù)會(huì)降低。

使用光學(xué)測(cè)量

合適染料的這種熒光會(huì)根據(jù)所謂的猝滅劑（在我們的例子中為大氣中的氧氣）的濃度而減少或熄滅。

激發(fā)光和發(fā)射光之間的相移

除了強(qiáng)度降低之外，還有一個(gè)更穩(wěn)定的行為：隨著猝滅劑濃度的增加，照射光和熒光燈之間的相位角發(fā)生變化：

無(wú)氧時(shí)的最大強(qiáng)度

該方法現(xiàn)在也是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并在 DIN ISO 17289-12 2014 中進(jìn)行了描述。在賽萊默，專為廢水處理而設(shè)計(jì)的FDO® 700 IQ和專為實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的FDO® 925都按照這一原理工作。

由于光學(xué)氧傳感器不消耗氧氣，因此原則上不需要攪拌，但它支持溶解在頂層的氧氣的交換，從而保護(hù)染料免受損壞。