[科普中国]-溶解态氧气

溶解态氧气

水样中溶解的氧气的量是水质好坏的一个表征，溶解态氧气含量的下降通常是水样受到污染的表现，例如，有机废物的超标。通常情况下，室温27摄氏度和1.1325×105Pa(即一个大气压)下，空气饱和的水样中的溶解态氧气大约是8mg/L，但是温度上升会导致水中的溶解态氧气含量下降。

溶解态氧气的应用在一般的水产养殖业，水中的溶解态氧气含量不应该低于5mg/L，大部分的鱼类在低于此值的水中会死亡。在污水处理厂中，一般都是利用细菌的吞噬作用来处理污水，处理过程中若不能保证空气的充足供给，就会导致厌氧微生物的大量增生；而这些厌氧菌的处理如采用硫化物杀菌处理又产生硫化氢，导致有毒和难闻的臭气，还会造成严重的、代价昂贵的腐蚀问题。虽然氧化物在生物体中是不可或缺的，但是在某些情况下，人们不希望有氧。

在食品工业中，发酵过程中氧气水平的控制就显得尤为重要，还有许多食品制造工艺过程要去氧以防止食品变色，食品中的脂肪等成分极易被氧化，真空包装技术、气调包装技术就是为了防止氧气对食品的影响。

在市政工程中，输水管道中的泄漏问题可通过监测溶解态氧气的含量来预测腐蚀状况，如果管道中某处的溶解态氧气含量比较高，那么那里的金属就比较容易被氧化锈蚀而产生泄漏。

在医学上，血气指数中的氧含量颇为重要，因为血液担负着输送氧气到身体各个器官和组织的重任，平均混合静脉血氧分压(Pvo2)是40ITllnHg，在其对应的标准状态下，混合静脉血氧饱和度(Svo2)为75%，实时监测身体各部分的溶解态氧气含量无疑对临床医学和生理学等研究有重大的意义1。

溶解态氧气测量方法就其测定原理来说，溶解态氧气的测定主要包括Winkler滴定分析法，电流测定法(Clark溶氧电极)以及多环芳烃的荧光淬灭技术，文献报道比较常用的方法是Winkler法和Clark溶氧电极测量法。

Winkler方法Winkler法也叫碘量法，是国家标准中指定的标准溶解态氧气测量方法，它是基于硫代硫酸盐滴定反应混合物释放出碘的量。具体的程序是水样采集于具有玻璃瓶塞的瓶子，加入硫酸亚锰溶液及碱性碘化物后生成氧化锰，此时水中溶解态氧气快速地将等价的且散布于水中的氧化锰氧化成更高价的锰氧化物而生成沉淀。当水样中加入浓硫酸，进一步酸化且有碘离子存在时，氧化了的锰离子回复到二价，同时放出与溶解态氧气等价量的碘分子，此时可以用硫代硫酸钠标准溶液滴定碘分子，获得溶解态氧气含量。滴定的方法较准确，但是需要很多的样品，并且非常的费时费力且不能实现连续在线监测。

电流测定法(Clark溶氧电极)电流测定法(Clark溶氧电极)的测量速度就比碘量法要快，它是基于检测电极上氧化还原反应产生的电流的原理。在水质检测项目上的国际标准为ISO5814-1984《水质——溶解态氧气的测定——电化学探头法》，下面详细的说明一下电流测定法。

Clark溶氧电极采用一种用透气薄膜将水样与电化学电池隔开的电极来测定水中溶解态氧气的方法。根据所采用探头的不同类型，可测定氧的浓度(mg/)L，或氧的饱和百分率(%溶解态氧气)，或者二者皆可测定。本方法可测定水中饱和百分率为0%至100%的溶解态氧气。大多数仪器能测定高于100%的过饱和值。本方法不但可以用于实验室内的测定，还可用于现场测定和溶解态氧气的连续监测。本方法适于测定色度高及混浊的水，还适于测定含铁及能与碘作用的物质的水，所有上述物质会干扰用碘量法的测定。一些气体和蒸气象氯、二氧化硫、硫化氢、胺、氨、二氧化碳、溴和碘能扩散并通过薄膜，如果上述物质存在，会影响被测电流而产生干扰。样品中存在其他物质，会因引起薄膜阻塞、薄膜损坏或电极被腐蚀而干扰被测电流。这些物质包括溶剂、油类、硫化物、碳酸盐和藻类。本方法适用于天然水、污水和盐水，如果用于测定海水或港湾水这类盐水，应对含盐量进行校对。

氧光化学传感器因为传统的测量方法有着诸多缺陷，有必要研制一种实时、在线的光纤传感系统来替代目前的环境监测系统。七十年代来光纤技术获得了飞速的发展，出现了关于大量测量氧气和生物需氧量BOD的光化学传感器的研究报道。光纤传感技术在氧气测量领域的应用越来越普遍。现有报道中，大部分的溶解态氧气传感器的敏感层都是将可以吸附的染料或者荧光指示剂固定在有机物膜或者直接固定在光纤上，一般是基于氧气对荧光敏感物质的淬灭作用来工作的，这些传感器最大的优点是测量过程中无需消耗氧气，不需要考虑样品的流速和搅拌的速度，而且，这种传感器不需要参比电极，响应时间短，还不受外界电磁场的干扰。这些光纤传感器有很大一部分采用金属发光络合物作为指示剂，特别是钌络合物居多。这些敏感物质的荧光可被氧气不同程度的淬灭，淬灭过程一般遵循Stern-Volmer方程。一种基于钌络合物的测量神经细胞中的氧气的光纤传感器已有报道圈，此外，Walt将它做成了基于钉络合物的氧气传感阵列，可以持续的监测pH、氧气和二氧化碳的含量2。