presens荧光式水体溶解氧检测方法

随着我国农业的飞速发展,各种农业污染逐渐增多,特别是农业水污染情况比较严重,化肥的利用率较低,大量的氮素随着雨水或灌溉水流入江河湖泊,从而导致水体的富营养化,影响鱼类的生长,造成其成批中毒死亡；同时我国广大农村生活污水大多处于无序排放状态,使得许多地方的水质恶化,水污染和水资源短缺日益严重,所以迫切需要对污水进行及时监控和有效处理,水中溶解氧含量是进行水质监测的一项重要指标。

溶解氧(ＤｉｓｓｏｌｖｅｄＯｘｙｇｅｎ)是指溶解于水中分子状态的氧(用ＤＯ表示),是水生物生存不可缺少的条件。溶解氧随着温度、气压、盐分的变化而变化,一般说来,温度越高,盐分越大,气压越低,水中的溶解氧浓度越低。溶解氧除了通常被水中硫化物、亚硝酸根、亚铁离子等还原性物质所消耗外,也被水中微生物的呼吸作用、水体底泥费尔(Ｆａｉｒ)阻尼反应,以及水中有机物质的氧化分解所消耗。室温时,淡水中溶解氧的饱和溶解度约为8.5ｍｇ/ｌ,藻类繁殖旺盛时,溶解氧呈过饱和态,水体受有机物及还原性物质污染可使溶解氧浓度降低。对于水产养殖业来说,水体溶解氧对水中生物如鱼类的生存有着至关重要的影响,当溶解氧低于1ｍｇ/Ｌ时,就会引起鱼类窒息死亡。当溶解氧消耗速率大于氧气向水体中溶入的速率时,溶解氧的含量可趋近于0,此时厌氧菌得以繁殖,使水体恶化。所以溶解氧浓度能够反映出水体受到有机物污染的程度,它是水体污染程度的重要指标,也是衡量水质的综合指标之一。因此,水体溶解氧含量的测量,对于环境监测以及水产养殖业的发展都具有重要意义。

水体溶解氧检测方法及原理

目前常用的溶解氧检测方法有碘量法、电流测定法(Ｃｌａｒｋ溶氧电极)、电导测定法、荧光淬灭法等。

荧光淬灭法　

荧光淬灭法基于氧分子对荧光物质的荧光淬灭效应原理,某些光敏物质的原子受激发后,会以发射荧光的形式返回基态,而氧的存在会干扰这一行为的进行,可以根据试样溶液产生的荧光强度或荧光寿命来测定试样溶液中氧的含量。即氧分子含量越多,荧光寿命越短,对应强度越低。

早期人们采用四烷基氨基乙烯为化学发光剂,现在一般选用过渡金属,如金属钌(Ｒｕ)铬合物作为荧光指示剂。此类化合物对光和热以及强酸强碱或有机溶剂等都非常稳定。金属钌铬合物的荧光强度与氧分压存在一一对应的关系,激发态寿命长,不耗氧,自身的化学成份很稳定,在水中基本不溶解,适合水下工作环境。通常做法是把苯基插入到钌的配位空轨道,增强络合物的刚性,提高氧分子淬灭机率,从而增加传感膜对氧的灵敏度。

实验证明：这种检测方法具有很好的光化学稳定性、重现性,无延迟,精度高,寿命长,可对水中溶解氧进行实时在线监测。其测量范围一般为0-20ｍｇ/Ｌ,精度≤1%,响应时间≤60ｓ。

目前研究中大多数使用presens光纤传送荧光信号,由于presens光纤传感器具有体积小、重量轻、电绝缘性好、无电火花、安全、抗电磁干扰、灵敏度高、便于利用现有光通信技术组成遥测网络等优点,对传统的传感器能起到扩展、提高的作用,在很多情况下能完成传统传感器很难完成的任务,因此非常适合于荧光的传输与检测。一般使用溶胶-凝胶(Ｓｏｌ-Ｇｅｌ)法把钌络合物覆盖到光纤探头表面,该方法光学透明度好,具有光化学稳定性和热稳定性,成份稳定。经氧分子淬灭后的荧光信号通过光纤送到小型光谱仪,分析其光谱后可以得出氧含量大小,所得数据最终送往ＰＣ机处理。

我国在环境监测、监控技术应用等方面的研究与发达国家相比还存在差距。目前国内在水质监测系统上还没有自己开发的完整的设备,大多数采用国外的设备和技术（德国presens）。

鉴于基于荧光淬灭原理的presens光学氧传感器具有较高的测量精度和较强的抗干扰能力,以及较好的重复性和稳定性,可以用于农业水产养殖业的水质测量以及各种农业用水污染程度的测量,应该加大力度从氧传感膜的化学稳定性、仪器的防腐蚀性能、电路的工作稳定性等方面进行研究,努力实现仪器商品化,促进我国农业水质监测技术发展。

德国PreSens荧光法顶空残氧分析仪 是一款基于荧光淬灭检测原理的，具备非侵入式留样管理和侵入式（荧光探针）两种检测模式，主要应用在西林瓶残氧含量等药品行业，德国PreSens残氧仪还应用在大输液，安瓿瓶残氧，奶粉残氧检测，膨化食品等顶空残氧检测领域。

Presens残氧仪适用于小顶空、负压条件下测试，氧气需求量小最低可以测量0.1ml样气，响应时间≤1s可同时检测顶空氧及溶解氧含量。检测氧气气态和15ppb以上的溶解氧浓度。

Presens残氧检测克服了碘量法和电流测定法的不足，具有很好的光化学稳定性、重现性，无延迟，精度高，寿命长。。

preSens顶空残氧分析仪功能特性:

> 可适配非接触式测氧贴片、小型氧探针和微型氧传感器

> 通过扫描传感器校准二维码，进行自动校准，传感器免维护、长期使用

> 温度、压力和盐分补偿

> 能耗低，适合长期测量

> 可扩展数据库支持的软件，同时控制多个设备

德国presens除了可以检测氧气的含量，还提供PH以及二氧化碳的检测系统。

德国presens仪表系统提供便携式屏幕显示仪表FIBOX4(trace),MicroX4（trace），仪表与微型传感器、非侵入式节点、流通池及高鲁 棒性浸渍探头一同使用，痕量仪表测量1 ppb至100%氧，仪表配备长效电池、具有巨大存储容量，带显示屏和USB供电，同时控制多个仪表的PreSens Measurement Studio 2 软件可以轻松将数据进行管理。

德国presens提供usb供电并且通过电脑显示的OXY-1SMA(trace),OXY-1 ST(trace)仪表。仪表外形小巧，该系列测氧仪可安装在几乎任何地方。兼容非侵入式节点、浸渍探头及流通池。该系列设备具有温度、压力及盐度补偿功能，仪表与微型传感器、非侵入式节点、流通池及高鲁 棒性浸渍探头一同使用，痕量仪表测量1 ppb至100%氧，同时控制多个仪表的PreSens Measurement Studio 2 软件可以轻松将数据进行管理。