溫度對在線溶解氧儀測定地表水中溶解氧的探討

駱禹廷 湛江市生態環境局吳川分局環境監測站

一、引言

當前，用于確定水體中溶解氧的常用方法包括碘量法和氧棒電極法。碘量法具有很高的測量精度，但是既費時又麻煩。繼而，覆膜電極溶解氧計（溶解氧計）由于其快速、簡單和便攜式的測量而變得越來越流行。通常，純凈度較高的地表水體中的溶解氧趨近于飽和狀態，但是由于水體中植物的光合反應，溶解氧的含量也可能存在過飽和現象。在正常條件下，空氣中氧氣的分壓變化不大，水溫作為另一個影響要素成為水中溶解氧含量變化的主要原因。

二、溶氧儀的溫度補償

要了解溶解氧計中溫度補償的原理，必須首先了解溶解氧測量過程。關鍵是要掌握設計溶解氧儀的原理：（1）該儀器直接測量氧氣分壓，而不是氧氣濃度。（2）氣液平衡時，地表水中的氧分壓與空氣中氧分壓相同。（3）氣液平衡時，地表水體中溶解氧的濃度與氧分壓關系為

式中：P—氧分壓；C—溶氧溶度；H—Henry系數，它受溶液溫度、鹽度等因素的影響。

（一）溫度補償

使用在線溶解氧儀的儀器測量時，其他不變條件的情況下，得到的信號數據將隨溫度的變化而變化（溫度漂移），為了限制這種現象，采用了特定的補償算法，對該算法輸出結果進行校正達到消除溫度變化對輸出信號影響的目的，此方法稱為電子設備溫度補償。電子測量系統一般包含檢測、信號處理、信息傳輸和控制器四種功能的架構。傳感器是一種傳感設備，可將應變信號、壓力信號、溫度信號和被測物體的位移信號轉換為電信號或其他根據特定規則便于測量的信號，并將其反饋給信號處理器，與溫度的相關性較高。

（二）熒光法溶氧儀的溫度補償

地表水中的溶解氧含量會根據溫度的變化而變化。因為無法確定與水溫的關系，所以將每個溶液的相位差值代入公式（2.2）中，以查看其是否與部件溫度相關。可以將系統中的熒光膜、光路和光電二極管視為將水中溶解氧含量信息轉換為電信號的傳感器。敏感的傳感器元件通常與環境與溫度密切相關，因為熒光膜與水直接接觸。因此，應檢查熒光材料的自身特性是否受到溫度的影響。

熒光材料由于受到入射光激發而發光，在此過程中，會縮短激發態的壽命。 當然，熒光膜的溫度特性也受到其他條件的影響，例如熒光的量子產率和吸收光譜的變化。上面的分析表明，通過溶解氧儀測量地表水中的溶解氧含量時必須同時檢測溫度，因為溶解氧探頭中使用的熒光膜會受到溫度變化的影響，不能確定熒光壽命值τ0和Stern-Volmer常數Ksv為不變的常數，否則將會導致測量誤差，因此系統的溫度補償將通過軟件算法完成。一旦找到τ0、Ksv和溫度之間的關系，就將其代入Stern-Volmer方程進行求解。

三、溶氧儀溫度補償的檢定方法

（一）驗證亨利的溫度補償系數

在20°C校準溶解氧儀后，將電極置于20°C的水蒸氣飽和的空氣中并使其平衡（以確保相同的輸出電流），讀取溶解氧值C0，然后手動將儀器調整為指示溫度為10℃和30℃，分別讀取溶解氧的CT值，可以計算出溫度補償的亨利系數：

結合實際溫度α的值（在2 0℃，α=1.91%），可以計算出亨利溫度補償的誤差Δα。

（二）驗證擴散系數的溫度補償

由于空氣中的氧氣分壓在0℃～30℃的溫度下基本不會變化，因此可以在20℃校準溶解氧計并將電極分成兩部分放在10°C和30°C的飽含蒸汽的空氣，手動將溫度表設置為20°C的校準溫度（以確保亨利系數相同）并相應地讀取溶解氧測量值C，并獲得β值

應當將測得的β值與儀器制造設計的β值進行比較，以評估擴散系數誤差的大小。因此，制造商必須提供溶解氧計的β值。同時，為了使用時的便捷性考量，需要溶解氧儀的工藝結構和β值誤差既定。

結語：溶解氧計測量的影響因素有很多，其中溫度對飽和蒸氣壓的影響可以歸類為對氧分壓的影響，在校準過程中可以忽略。因此，溶解氧儀測量地表水的溶氧量時的溫度補償主要由兩部分組成，即亨利溫度補償和擴散因子溫度補償。這將有助于改善和保證溶解氧儀的測量精度。