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、流量這(zhe)4個變量。
1） 溫度如何影響溶解氧測量
測量溶解(jie)氧最重(zhong)要(yao)的變量是 - 溫度。因此，確保儀(yi)器上的(de)溫(wen)(wen)度(du)傳感(gan)器正確測量非常重要(yao)，因為溫(wen)(wen)度(du)以兩種方式影響(xiang)DO測(ce)量。下(xia)(xia)表是在(zai)標準(zhun)大(da)氣壓下(xia)(xia)純水(shui)中(zhong)的(de)飽和溶解(jie)度下(xia)(xia)溶解(jie)氧(yang)含(han)量。可(ke)以(yi)看(kan)到在(zai)均為飽和狀態(tai)下(xia)(xia)，不同溫(wen)度下(xia)(xia)溶解(jie)氧(yang)的(de)含(han)量是不同的(de)。
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溫度-氧(yang)氣 溶解度關(guan)系 |
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溫度(℃) |
溶解(jie)氧（mg/L） |
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0 |
14.6 |
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5 |
12.8 |
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10 |
11.3 |
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15 |
10.2 |
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20 |
9.2 |
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25 |
8.6 |
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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(hua)(hua)學(xue)探針(zhen)的膜或光(guang)學(xue)探針(zhen)的傳感元件(jian)的擴(kuo)(kuo)散隨溫(wen)度而(er)變化(hua)(hua)。根據穩態(tai)電化(hua)(hua)學(xue)傳感器的膜材料，基于溫(wen)度的擴(kuo)(kuo)散速率變化(hua)(hua)可能高達每攝氏度約4%，快速脈沖傳感器(qi)為每攝氏度1%，光(guang)學(xue)傳感器(qi)約為每攝氏度1.5%。
例如(ru)，如(ru)果樣(yang)品(pin)的溫度從20°C變化到(dao)15°C，則探頭信號(hao)會根(gen)據(ju)所使(shi)用的(de)傳感器(qi)而變化，從而降低(di)溶解氧(yang)飽和(he)度讀(du)數，即(ji)使(shi)水的(de)飽和(he)度百分比沒有變化。
因(yin)此(ci)，必須對(dui)傳感器信號(hao)進行溫度(du)變(bian)(bian)化(hua)補償。一(yi)般通過在(zai)較舊的(de)模(mo)擬儀(yi)器的(de)電路中添加熱敏電阻來完成的(de)。對(dui)于較新的(de)數字儀(yi)器，該軟件使用專有算(suan)法補償溫度(du)變(bian)(bian)化(hua)，這些算(suan)法使用探頭熱敏電阻的(de)溫度(du)讀數。
對于光學溶解氧傳感(gan)器，一般的(de)熒光探針(zhen)材料的(de)溫度變化(hua)符合Arrhenius（阿列紐(niu)斯(si)）方程。
可(ke)以(yi)看到它是遵循(xun)指(zhi)(zhi)數(shu)方程式，當然(ran)不同的(de)指(zhi)(zhi)示探針和不同的(de)包埋會影(ying)響它的(de)具體(ti)參數(shu)，但總體(ti)趨勢不變。
溫度和氧氣溶解度
到目前為(wei)止，所描述的(de)(de)調整僅(jin)補償(chang)溫度(du)(du)對通過膜或(huo)傳(chuan)感元(yuan)件的(de)(de)氧(yang)氣擴散速率的(de)(de)影(ying)響(xiang)。除了這種效果(guo)外(wai)，溫度(du)(du)還會影(ying)響(xiang)水的(de)(de)溶解氧(yang)能力。一個(ge)科學事實是，氧(yang)氣在(zai)水中的(de)(de)溶解度(du)(du)與溫度(du)(du)成正(zheng)比(bi)。
然而(er)，溶解氧濃度(du)(du)會隨(sui)著溫度(du)(du)而(er)變化，因為(wei)氧氣(qi)在(zai)水中的(de)溶解度(du)(du)會隨(sui)著溫度(du)(du)而(er)變化。例如，在(zai)15oC下，水可以溶解10.08 mg / L，而30oC水只能溶解7.56 mg / L的(de)氧氣，即使兩(liang)個樣品的(de)飽和度百分比值均為100%。因此，我們必須根據樣品的(de)溫度，補償(chang)溶解氧濃度讀數。
根據飽(bao)和度百(bai)分比測定溶解氧 mg/L
下面說明如(ru)何將飽和度百分比轉換為 mg/L（也稱為 ppm 或百萬分之(zhi)一(yi)）。
為了進行這種轉換，必須知道樣品的溫度和鹽度。這就(jiu)是為(wei)什么(me)在計算mg / L值時必(bi)須(xu)使用準(zhun)確的溫度值的原因。
第一(yi)步：確(que)定樣品的(de)飽(bao)和(he)度、溫度和(he)鹽度百(bai)分比。
第二步：將飽和度(du)讀數(shu)乘(cheng)以氧溶解度(du)表(biao)的(de)相應列（取(qu)決(jue)于(yu)鹽度(du)）和行(xing)（取(qu)決(jue)于(yu)溫度(du)）中的(de)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(er)步：將 0.80（即溶解氧飽和度百分比）乘以 9.09（0 鹽度和 20oC 時(shi)氧(yang)溶解度(du)表的值）= 7.27 mg/L。
結果：7.27是mg / L值，對應于20oC下(xia)鹽(yan)度(du)為零的(de)樣(yang)品的(de)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(ti)含量）的函數，但溶解氧濃度隨鹽度變(bian)(bian)化而改變(bian)(bian)。
隨著水的(de)鹽度增(zeng)加，其溶解氧的(de)能(neng)力(li)降低。例如，在25oC下(xia)鹽度為0 ppt的(de)飽和氧淡水含有8.26 mg / L的(de)氧氣，而在相同壓(ya)力和溫度下(xia)的(de)氧飽和海水（~36 ppt）僅含有6.72 mg / L的(de)溶解氧。
因此，鹽度(du)(du)（以(yi)及(ji)溫度(du)(du)）必須考(kao)慮儀(yi)器的(de)溶(rong)解氧計算。該計算基(ji)于飽和度(du)(du)讀數百分比，溫度(du)(du)讀數以(yi)及(ji)使(shi)用水(shui)和廢水(shui)檢(jian)查標準方法(fa)中的(de)公式測量或輸(shu)入的(de)鹽度(du)(du)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。可同時測量電導率的蛙視多參數傳感器（BSM-2）。電導率傳感器測量(liang)的鹽度值用于mg / L計算。因此(ci)，重要的(de)是(shi)要確保電導率傳感器(qi)經過校準和準確讀(du)取，以獲(huo)得準確的(de)溶解(jie)氧 mg/L讀(du)數。
對于沒有電導率傳感器(qi)的蛙視溶(rong)解(jie)氧傳感器(qi)，最終(zhong)用戶必須手動(dong)輸入樣(yang)品(pin)的鹽(yan)度值。請參閱下面的鹽(yan)度指南(nan)，了(le)解(jie)各種類型(xing)水(shui)的典(dian)型(xing)鹽(yan)度值列表(biao)。
鹽度指南 - 按水類(lei)型劃分(fen)的平均鹽度
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水(shui)型 |
平均鹽度(du) |
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淡水 |
<0.5百分點* |
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咸淡水 |
0.5 至 30 ppt |
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海水 |
33 至 37 ppt |
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鹽(yan)水 |
30 至 50 ppt |
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鹽(yan)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(ce)量值，該量表可在水和(he)廢水檢查的標準方法中(zhong)找到。
通過(guo)實際鹽度(du)標度(du)確定的鹽度(du)值被命名為“ppt”，因為(wei)這些(xie)值非常接近以前使用的(de)(de)方法(fa)確(que)定的(de)(de)鹽(yan)(yan)度，其中報告了給定質量(liang)水中溶解(jie)鹽(yan)(yan)的(de)(de)質量(liang)（千分之一）。今天，ppt通常被PSU（實用鹽(yan)(yan)度單位(wei)）取代，作為(wei)描述(shu)由實用鹽(yan)(yan)度表計算的(de)(de)鹽(yan)(yan)度的(de)(de)首選單位(wei);但是(shi)，這些(xie)值是(shi)等效的(de)(de)，因為(wei)它們由相同的(de)(de)方法(fa)確(que)定。
在對不同(tong)鹽(yan)度(du)的(de)水(shui)進行采樣時(shi)，例如(ru)在咸(xian)淡水(shui)（如(ru)河口或(huo)沿海(hai)濕(shi)地）中(zhong)，建議您校準使用(yong)溶氧(yang)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)時(shi)，如(ru)果(guo)您必須(xu)手(shou)動輸(shu)入鹽(yan)度(du)值，請使用(yong)將要(yao)測量的(de)水(shui)的(de)值。如(ru)果(guo)您有電導率傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)和溶解氧(yang)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)，請確(que)保正確(que)校準電導率，以(yi)補償(chang)正確(que)的(de)鹽(yan)度(du)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(xiang)空氣或水樣品中(zhong)的(de)氧氣壓力。例如，空氣中(zhong)氧氣的(de)百分比(bi)始終為21%，但(dan)氧(yang)氣(qi)的實際(ji)壓力隨(sui)氣(qi)壓的變化(hua)而變化(hua)。在(zai)海平面上(shang)，氧(yang)氣(qi)的壓力為160毫(hao)米汞柱(zhu)（0.21 x 760毫(hao)米汞柱(zhu)）。
在完全(quan)充氣的樣品中(zhong)，傳感器(qi)測量的飽和度百分比為(wei)100%（160/160 x 100%）。如果樣品的溫度為25oC，傳感器將根(gen)據(ju)氧溶解度(du)表將溶解氧濃(nong)度(du)計算為8.26 mg / L。當樣(yang)品在高度上移動并保持空氣(qi)飽(bao)和時(shi)，氣(qi)壓(ya)(ya)會降低(di)，樣(yang)品中的氧(yang)氣(qi)壓(ya)(ya)力也會降低(di)。
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，儀器將根據氧溶解度表(biao)計算出7.92 mg / L或8.26的96%的溶解氧(yang)濃度。
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(zhe)至少快速(su)檢查(cha)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。
電(dian)化學傳(chuan)感器，如Clark（Leland Clark）極譜(pu)法傳感器(qi)，在(zai)測量過程中消(xiao)耗氧(yang)氣，因此(ci)需要樣品移(yi)動，否則(ze)讀(du)數將被人為地降低。
然而，光學傳感器(qi)使用非消耗性方(fang)(fang)法(fa)進(jin)行(xing)溶解氧測(ce)量(liang)，從(cong)而無需流量(liang)依(yi)賴性或攪拌要求的(de)傳感方(fang)(fang)法(fa)。
下(xia)圖(tu)說明了(le)光學傳感器(qi)的(de)(de)(de)這一(yi)優勢。第一(yi)種是在空氣飽和的(de)(de)(de)水樣品(pin)中(zhong)使用穩態(tai)極(ji)譜傳感器(qi)測量(liang)的(de)(de)(de)數(shu)據圖(tu)，其(qi)中(zhong)機械攪拌棒(bang)提供了(le)足夠的(de)(de)(de)樣品(pin)移動(dong)。當攪拌機關閉時，讀數(shu)開始下(xia)降(jiang)，導(dao)致人為地降(jiang)低溶解氧測量(liang)值(zhi)。
第二種是(shi)(shi)在同一空氣(qi)飽(bao)和的(de)水樣(yang)品中使用(yong)光(guang)(guang)學(xue)傳(chuan)感(gan)器測量的(de)數據(ju)圖，其(qi)中樣(yang)品移(yi)動仍由(you)攪拌(ban)棒提供。當關閉攪拌(ban)機構進行光(guang)(guang)學(xue)測量時，讀數依然(ran)保(bao)持恒(heng)定和準確，證明光(guang)(guang)學(xue)傳(chuan)感(gan)器不(bu)依賴于(yu)流量。這是(shi)(shi)光(guang)(guang)學(xue)傳(chuan)感(gan)器的(de)一個(ge)巨大的(de)優勢，特別是(shi)(shi)對于(yu)低流量應用(yong)，或樣(yang)品移(yi)動困難時。
針對不同(tong)應用，蛙(wa)視(shi)開發了基于熒光(guang)猝滅原(yuan)理的(de)多(duo)種光(guang)學溶解氧傳感器。包括常溫常壓使用的(de)ppm級溶(rong)解氧，常(chang)溫耐一定溶(rong)劑(ji)的(de)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
