温度对在线溶解氧仪测定地表水中溶解氧的探讨

骆禹廷 湛江市生态环境局吴川分局环境监测站

一、引言

当前，用于确定水体中溶解氧的常用方法包括碘量法和氧棒电极法。碘量法具有很高的测量精度，但是既费时又麻烦。继而，覆膜电极溶解氧计（溶解氧计）由于其快速、简单和便携式的测量而变得越来越流行。通常，纯净度较高的地表水体中的溶解氧趋近于饱和状态，但是由于水体中植物的光合反应，溶解氧的含量也可能存在过饱和现象。在正常条件下，空气中氧气的分压变化不大，水温作为另一个影响要素成为水中溶解氧含量变化的主要原因。

二、溶氧仪的温度补偿

要了解溶解氧计中温度补偿的原理，必须首先了解溶解氧测量过程。关键是要掌握设计溶解氧仪的原理：（1）该仪器直接测量氧气分压，而不是氧气浓度。（2）气液平衡时，地表水中的氧分压与空气中氧分压相同。（3）气液平衡时，地表水体中溶解氧的浓度与氧分压关系为

式中：P—氧分压；C—溶氧溶度；H—Henry系数，它受溶液温度、盐度等因素的影响。

（一）温度补偿

使用在线溶解氧仪的仪器测量时，其他不变条件的情况下，得到的信号数据将随温度的变化而变化（温度漂移），为了限制这种现象，采用了特定的补偿算法，对该算法输出结果进行校正达到消除温度变化对输出信号影响的目的，此方法称为电子设备温度补偿。电子测量系统一般包含检测、信号处理、信息传输和控制器四种功能的架构。传感器是一种传感设备，可将应变信号、压力信号、温度信号和被测物体的位移信号转换为电信号或其他根据特定规则便于测量的信号，并将其反馈给信号处理器，与温度的相关性较高。

（二）荧光法溶氧仪的温度补偿

地表水中的溶解氧含量会根据温度的变化而变化。因为无法确定与水温的关系，所以将每个溶液的相位差值代入公式（2.2）中，以查看其是否与部件温度相关。可以将系统中的荧光膜、光路和光电二极管视为将水中溶解氧含量信息转换为电信号的传感器。敏感的传感器元件通常与环境与温度密切相关，因为荧光膜与水直接接触。因此，应检查荧光材料的自身特性是否受到温度的影响。

荧光材料由于受到入射光激发而发光，在此过程中，会缩短激发态的寿命。 当然，荧光膜的温度特性也受到其他条件的影响，例如荧光的量子产率和吸收光谱的变化。上面的分析表明，通过溶解氧仪测量地表水中的溶解氧含量时必须同时检测温度，因为溶解氧探头中使用的荧光膜会受到温度变化的影响，不能确定荧光寿命值τ0和Stern-Volmer常数Ksv为不变的常数，否则将会导致测量误差，因此系统的温度补偿将通过软件算法完成。一旦找到τ0、Ksv和温度之间的关系，就将其代入Stern-Volmer方程进行求解。

三、溶氧仪温度补偿的检定方法

（一）验证亨利的温度补偿系数

在20°C校准溶解氧仪后，将电极置于20°C的水蒸气饱和的空气中并使其平衡（以确保相同的输出电流），读取溶解氧值C0，然后手动将仪器调整为指示温度为10℃和30℃，分别读取溶解氧的CT值，可以计算出温度补偿的亨利系数：

结合实际温度α的值（在2 0℃，α=1.91%），可以计算出亨利温度补偿的误差Δα。

（二）验证扩散系数的温度补偿

由于空气中的氧气分压在0℃～30℃的温度下基本不会变化，因此可以在20℃校准溶解氧计并将电极分成两部分放在10°C和30°C的饱含蒸汽的空气，手动将温度表设置为20°C的校准温度（以确保亨利系数相同）并相应地读取溶解氧测量值C，并获得β值

应当将测得的β值与仪器制造设计的β值进行比较，以评估扩散系数误差的大小。因此，制造商必须提供溶解氧计的β值。同时，为了使用时的便捷性考量，需要溶解氧仪的工艺结构和β值误差既定。

结语：溶解氧计测量的影响因素有很多，其中温度对饱和蒸气压的影响可以归类为对氧分压的影响，在校准过程中可以忽略。因此，溶解氧仪测量地表水的溶氧量时的温度补偿主要由两部分组成，即亨利温度补偿和扩散因子温度补偿。这将有助于改善和保证溶解氧仪的测量精度。