什么影響您的溶解氧測量?
水生環(huán)境中的溶解氧對大多數(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。在我們測量溶解氧的時候,必須考慮到溫度、鹽度、氣壓、流量這4個變量。
1) 溫度如何影響溶解氧測量
測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量非常重要,因為溫度以兩種方式影響DO測量。下表是在標準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 |
溫度和擴散
首先,由于分子活度的增加或減少,氧通過電化學探針的膜或光學探針的傳感元件的擴散隨溫度而變化。根據(jù)穩(wěn)態(tài)電化學傳感器的膜材料,基于溫度的擴散速率變化可能高達每攝氏度約4%,快速脈沖傳感器為每攝氏度1%,光學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,則探頭信號會根據(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有變化。
因此,必須對傳感器信號進行溫度變化補償。一般通過在較舊的模擬儀器的電路中添加熱敏電阻來完成的。對于較新的數(shù)字儀器,該軟件使用專有算法補償溫度變化,這些算法使用探頭熱敏電阻的溫度讀數(shù)。
對于光學溶解氧傳感器,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,當然不同的指示探針和不同的包埋會影響它的具體參數(shù),但總體趨勢不變。
溫度和氧氣溶解度
到目前為止,所描述的調(diào)整僅補償溫度對通過膜或傳感元件的氧氣擴散速率的影響。除了這種效果外,溫度還會影響水的溶解氧能力。一個科學事實是,氧氣在水中的溶解度與溫度成正比。
然而,溶解氧濃度會隨著溫度而變化,因為氧氣在水中的溶解度會隨著溫度而變化。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,補償溶解氧濃度讀數(shù)。
根據(jù)飽和度百分比測定溶解氧 mg/L
下面說明如何將飽和度百分比轉(zhuǎn)換為 mg/L(也稱為 ppm 或百萬分之一)。
為了進行這種轉(zhuǎn)換,必須知道樣品的溫度和鹽度。這就是為什么在計算mg / L值時必須使用準確的溫度值的原因。
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 時氧溶解度表的值)= 7.27 mg/L。
結(jié)果:7.27是mg / L值,對應(yīng)于20oC下鹽度為零的樣品的80%溶解氧飽和度讀數(shù)。
2) 鹽度如何影響溶解氧測量?
影響溶氧濃度的第二個變量是水樣的鹽度。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算。該計算基于飽和度讀數(shù)百分比,溫度讀數(shù)以及使用水和廢水檢查標準方法中的公式測量或輸入的鹽度值。
糾正鹽度
傳感器在計算溶解氧時使用的鹽度值是通過兩種方式之一獲得的,具體取決于所使用的傳感器??赏瑫r測量電導率的蛙視多參數(shù)傳感器(BSM-2)。電導率傳感器測量的鹽度值用于mg / L計算。因此,重要的是要確保電導率傳感器經(jīng)過校準和準確讀取,以獲得準確的溶解氧 mg/L讀數(shù)。
對于沒有電導率傳感器的蛙視溶解氧傳感器,最終用戶必須手動輸入樣品的鹽度值。請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* |
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)實用鹽度標度從電導率和溫度讀數(shù)確定的無單位測量值,該量表可在水和廢水檢查的標準方法中找到。
通過實際鹽度標度確定的鹽度值被命名為“ppt”,因為這些值非常接近以前使用的方法確定的鹽度,其中報告了給定質(zhì)量水中溶解鹽的質(zhì)量(千分之一)。今天,ppt通常被PSU(實用鹽度單位)取代,作為描述由實用鹽度表計算的鹽度的首選單位;但是,這些值是等效的,因為它們由相同的方法確定。
在對不同鹽度的水進行采樣時,例如在咸淡水(如河口或沿海濕地)中,建議您校準使用溶氧傳感器時,如果您必須手動輸入鹽度值,請使用將要測量的水的值。如果您有電導率傳感器和溶解氧傳感器,請確保正確校準電導率,以補償正確的鹽度值。
3) 氣壓如何影響溶解氧測量?
關(guān)于溶解氧校準和測量中的潛在影響,另一個因素是氣壓。
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)。
在完全充氣的樣品中,傳感器測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算為8.26 mg / L。當樣品在高度上移動并保持空氣飽和時,氣壓會降低,樣品中的氧氣壓力也會降低。
在海拔343米處,氧氣壓力為153 mmHg(0.21 x 730 mmHg),在完全充氣的樣品中,探頭讀取的相對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,定期對您的溶解氧傳感器進行適當?shù)?b>校準,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)。
4) 流量如何影響溶解氧測量?
有許多因素會影響您的溶解氧測量。到目前為止,我們已經(jīng)了解了溫度,鹽度,氣壓的影響,接下來解決流量依賴性問題。
電化學傳感器,如Clark(Leland Clark)極譜法傳感器,在測量過程中消耗氧氣,因此需要樣品移動,否則讀數(shù)將被人為地降低。
然而,光學傳感器使用非消耗性方法進行溶解氧測量,從而無需流量依賴性或攪拌要求的傳感方法。
下圖說明了光學傳感器的這一優(yōu)勢。第一種是在空氣飽和的水樣品中使用穩(wěn)態(tài)極譜傳感器測量的數(shù)據(jù)圖,其中機械攪拌棒提供了足夠的樣品移動。當攪拌機關(guān)閉時,讀數(shù)開始下降,導致人為地降低溶解氧測量值。
第二種是在同一空氣飽和的水樣品中使用光學傳感器測量的數(shù)據(jù)圖,其中樣品移動仍由攪拌棒提供。當關(guān)閉攪拌機構(gòu)進行光學測量時,讀數(shù)依然保持恒定和準確,證明光學傳感器不依賴于流量。這是光學傳感器的一個巨大的優(yōu)勢,特別是對于低流量應(yīng)用,或樣品移動困難時。
針對不同應(yīng)用,蛙視開發(fā)了基于熒光猝滅原理的多種光學溶解氧傳感器。包括常溫常壓使用的ppm級溶解氧,常溫耐一定溶劑的ppb級溶解氧,耐高溫消毒溶解氧,針刺式溶解氧以及光纖式溶解氧產(chǎn)品。。。見下圖。
光學溶解氧傳感器
ppm級溶解氧傳感器
耐高溫消毒溶解氧傳感器