在水質檢測領域，溶解氧（DO）是一個至關重要的參數(shù)，它直接關系到水體的健康程度、生態(tài)平衡以及眾多工業(yè)生產過程的效率。而溶解氧分析儀，正是精準獲取這一數(shù)據(jù)的核心工具。那么，溶解氧分析儀究竟是如何工作的？其背后的測量原理是什么？本文將為您深入淺出地科普解析。

目前，主流的溶解氧分析儀主要采用兩大測量原理：電化學原理（膜電極法）和光學原理（熒光猝滅法）。

一、 電化學原理：經(jīng)典的膜電極法

這是應用歷史最長、技術非常成熟的方法。其核心部件是一個由陰極、陽極和特制透氣膜組成的電極。

1. 核心結構：透氣膜通常由聚四氟乙烯等材料制成，它只允許氣體分子（如氧氣）透過，而阻止水和溶解性離子通過。膜內充滿電解質溶液，貴金屬陰極（如鉑或金）和陽極（如銀或鉛）浸于其中。

2. 工作過程：當電極置于待測水樣中，水中的溶解氧在濃度差驅動下透過透氣膜擴散進入電極內部。在陰極上，氧氣發(fā)生還原反應：O? + 2H?O + 4e? → 4OH?。同時，陽極發(fā)生氧化反應（例如銀被氧化）。這一過程產生了與氧分子擴散速率成正比的擴散電流。

3. 信號轉換：儀器測量這個微弱的電流信號，根據(jù)克拉克電池原理，該電流大小與水中氧分壓（即溶解氧濃度）成正比。通過溫度補償（因為氧的滲透速率受溫度影響顯著）和校準，儀器即可準確計算出溶解氧的濃度值，通常以mg/L（毫克/升）或飽和度百分比表示。

優(yōu)點：技術成熟、成本相對較低、測量范圍寬。
注意點：需要定期更換電解液和透氣膜；測量前需要一定時間穩(wěn)定；可能會受水中某些化學物質（如H?S）的干擾。

二、 光學原理：現(xiàn)代的熒光猝滅法

這是一種無需消耗氧氣、免維護的新型傳感技術，近年來應用越來越廣泛。

1. 核心傳感元件：其關鍵是一個覆蓋有特殊熒光染料的敏感膜（帽）。這種染料在特定波長（通常為藍光）的激發(fā)光照射下，會發(fā)出紅光。

2. 猝滅效應：當熒光物質與氧分子接觸時，會發(fā)生“熒光猝滅”現(xiàn)象——即氧分子會“搶奪”激發(fā)態(tài)染料的能量，導致其發(fā)射的熒光強度和壽命減少。水中的溶解氧濃度越高，熒光猝滅效應就越強，發(fā)出的紅光就越弱、持續(xù)時間越短。

3. 信號檢測：分析儀內部的檢測器不測量電流，而是檢測熒光信號的強度或相位（壽命）。通過測定熒光強度降低的比例或熒光壽命的變化，就可以精確反推出溶解氧的濃度。由于熒光壽命測量方式不受光源強度、染料層老化等因素影響，因此基于壽命測量的傳感器更穩(wěn)定、更精準。

優(yōu)點：無需電解液、基本無需校準、響應速度快、不受水流速度影響、幾乎無干擾、維護量極小。
注意點：初期成本通常高于傳統(tǒng)電化學傳感器；敏感膜有一定使用壽命。

三、 應用場景與選型參考

了解原理后，有助于我們根據(jù)實際應用場景選擇合適的儀器：

• 長期在線監(jiān)測（如污水處理廠、河流斷面站）：熒光法因其低維護、高穩(wěn)定性成為首選。

• 實驗室精密檢測或便攜式現(xiàn)場測量：兩種原理均有廣泛應用，可根據(jù)預算和對維護的要求選擇。高端便攜設備也越來越多采用熒光法。

• 特殊水質（如含硫化物等干擾物）：熒光法抗干擾能力更強。

無論是基于電化學擴散電流的經(jīng)典膜電極法，還是基于光學熒光猝滅效應的現(xiàn)代熒光法，溶解氧分析儀的核心目的都是將水中不可見的氧氣含量轉化為可精確測量的電信號或光信號。理解其測量原理，不僅能幫助我們更科學地使用和維護儀器，確保數(shù)據(jù)準確可靠，也能在面對不同水質檢測需求時，做出最合適的技術選型，從而為環(huán)境保護、水產養(yǎng)殖、工業(yè)生產及科學研究提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。

對于企業(yè)用戶而言，在選擇水質檢測儀器時，結合監(jiān)測需求、預算與長期運維成本，深入理解設備的工作原理，是實現(xiàn)高效、精準水質管理的關鍵一步。