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影響溶解氧測量的環境因素-蛙視光學溶解氧傳感器

2022-09-08

什么影響您的溶解氧測量?


水生環境中的溶解氧對大多數物種至關重要,系統了解水中的溶解氧水平對水生環境管理人員,養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??梢钥吹皆诰鶠轱柡蜖顟B下,不同溫度下溶解氧的含量是不同的。

溫度-氧氣 溶解度關系

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。根據穩態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,則探頭信號會根據所使用的傳感器而變化,從而降低溶解氧飽和度讀數,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。

溫度和溶解氧測量的關系

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,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,我們必須根據樣品的溫度,補償溶解氧濃度讀數。

根據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換為 mg/L(也稱為 ppm 或百萬分之一)。

為了進行這種轉換,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:將飽和度讀數乘以氧溶解度表的相應列(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%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鹽度和 20oC 時氧溶解度表的值)= 7.27 mg/L。

結果7.27mg / L值,對應于20oC下鹽度為零的樣品的80%溶解氧飽和度讀數。

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不是水的鹽度(或溶解固體含量)的函數,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。


鹽度和溶解氧測量關系


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百分比,溫度讀數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過校準和準確讀取,以獲得準確的溶解氧 mg/L讀數。

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



*鹽度是根據實用鹽度標度從電導率和溫度讀數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,其中報告了給定質量水中溶解鹽的質量(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*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*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,儀器將根據氧溶解度表計算出7.92 mg / L或8.26的96%的溶解氧濃度。


氣壓和溶解氧之間關系


蛙視傳感建議,定期對您的溶解氧傳感器進行適當的校準,或者至少快速檢查溶氧%值是否讀數在海拔/氣壓下應讀數的+/-2%或+/-1%以內內。

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,我們已經了解了溫度,鹽度,氣壓的影響,接下來解決流量依賴性問題。


流量影響溶解氧測量



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,否則讀數將被人為地降低。

電化學專家克拉克


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勢。第一種是在空氣飽和的水樣品中使用穩態極譜傳感器測量的數據圖,其中機械攪拌棒提供了足夠的樣品移動。當攪拌機關閉時,讀數開始下降,導致人為地降低溶解氧測量值。



克拉克流量依賴性測試



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據圖,其中樣品移動仍由攪拌棒提供。當關閉攪拌機構進行光學測量時,讀數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勢,特別是對于低流量應用,或樣品移動困難時。



溶解氧傳感器光流相關性測試




針對不同應用,蛙視開發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。具體請參見下圖。

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ppm級光學溶解氧傳感器



ppm級溶解氧傳感器

ppb級溶解氧傳感器



耐高溫消毒溶解氧傳感器

耐高溫消毒溶解氧傳感器


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