一,、碘量法(GB7489-87)(Iodometric) 碘量法(等效于G際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5813-1983)是測(cè)定水中溶解氧的基準(zhǔn)方法,,使用化學(xué)檢測(cè)方法,測(cè)量(cè liáng)準(zhǔn)確度高,是**早用于檢測(cè)溶解氧的方法,。其原理是在水樣中加入硫酸錳和堿性碘化鉀,,生成氫氧化錳沉淀。此時(shí)氫氧化錳性質(zhì)極不穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒(méi)有變動(dòng)),,迅速與水中溶解氧化合生成錳酸錳: 4MnSO4+8NaOH = 4Mn(OH)2↓+4Na2SO4
(1) 2Mn(OH)2+O2 = 2H2MnO3↓
(2) 2H2MnO3+2Mn(OH)3 = 2MnMnO3↓+4H2O
(3) 加入濃硫酸(Acerbity)使已化合的溶解氧(以MnMnO3的形式存在)與溶液中所加入的碘(Iodine)化鉀發(fā)生反應(yīng)而析出碘: 4KI+2H2SO4 = 4HI+2K2SO4
(4) 2MnMnO3+4H2SO4+HI = 4MnSO4+2I2+6H2O
(5) 再以淀粉(starch)作指示劑,,用硫代硫酸鈉滴定釋放出的碘,來(lái)計(jì)算溶解(solubility)氧的含量[3],,化學(xué)方程式為: 2Na2S2O3+I2 = Na2S4O6+4NaI
(6) 設(shè)V為Na2S2O3溶液的用量(mL),M為Na2S2O3的濃度(mol/L),a為滴定時(shí)所取水樣體積(mL),,DO可按下式計(jì)算[2]: DO(mol/L)=
(7) 在沒(méi)有干擾的情況下,此方法適用于各種溶解氧濃度大于0.2mg/L和小于氧的飽和度兩倍(約20mg/L)的水樣,。
溶解氧測(cè)定儀是水質(zhì)檢測(cè)一項(xiàng)非常重要的指標(biāo),。當(dāng)水中可能含有亞硝酸鹽、鐵離子,、游離氯時(shí),,可能會(huì)對(duì)測(cè)定產(chǎn)生干擾,此時(shí)應(yīng)采用碘量法的修正法,。具體作法是在加硫酸錳和堿性碘化鉀溶液固定水樣的時(shí)候,,加入NaN3溶液,或配成堿性碘化鉀-疊氮化鈉溶液加于水樣中,,F(xiàn)e3+較高時(shí),,加入KF絡(luò)合掩敝。碘量法適用于水源水,,地面水等清潔水,。碘量法是一種傳統(tǒng)的溶解氧測(cè)量方法,測(cè)量準(zhǔn)確度高且準(zhǔn)確性好,,其測(cè)量不確定度為0.19mg/L[4],。但該法是一種純化學(xué)檢測(cè)方法,耗時(shí)長(zhǎng),,程序(procedure)繁瑣,,無(wú)法滿足在線測(cè)量的要求[5]。同時(shí)易氧化(oxidation)的有機(jī)物,,如丹寧酸,、腐植酸和木質(zhì)素等會(huì)對(duì)測(cè)定產(chǎn)生干擾??裳趸牧虻幕衔?,如硫化物硫脲,也如同易于消耗氧的呼吸系統(tǒng)那樣產(chǎn)生干擾,。當(dāng)含有這類物質(zhì)時(shí),,宜采用電化學(xué)探頭法[6],包括下面將要介紹的電流測(cè)定法以及電導(dǎo)測(cè)定法等。
二,、電流測(cè)定法
?。–lark溶氧
電極) 當(dāng)需要測(cè)量受污染(pollute)的地面水和工業(yè)廢水時(shí)必須用修正的碘(Iodine)量法或電流測(cè)定(gage)法。電流測(cè)定法根據(jù)分子氧透過(guò)薄膜(薄而軟的透明薄片)的擴(kuò)散速率來(lái)測(cè)定水中溶解氧(dissolved oxygen)(DO)的含量。溶氧
電極的薄膜只能透過(guò)氣體,,透過(guò)氣體中的氧氣擴(kuò)散到電解液中,,立即在陰極(cathode )(正極)上發(fā)生還原反應(yīng)(reaction): O2+2H2O+4e à 4OH-
(8) 在陽(yáng)極(anode)(負(fù)極),如銀-氯化銀
電極上發(fā)生氧化反應(yīng): 4Ag+4Cl- à 4AgCl+4e
(9)
(8)式和
(9)式產(chǎn)生的電流(Electron flow)與氧氣的濃度成正比,,通過(guò)測(cè)定此電流就可以得到溶解氧(DO)的濃度,。
ph計(jì)測(cè)量通常有比色法(pH試紙或比色皿)和電極法二種。 電流測(cè)定法的測(cè)量速度比碘量法要快,,操作簡(jiǎn)便,,干擾少(不受水樣色度、濁度及化學(xué)滴定法中干擾物質(zhì)的影響),,而且能夠現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)連續(xù)檢測(cè),,但是由于它的透氧膜和電極(electrode)比較容易老化,當(dāng)水樣中含藻類,、硫化物,、碳酸鹽、油類等物質(zhì)時(shí),,會(huì)使透氧膜堵塞或損壞,,需要注意保護(hù)和及時(shí)更換,又由于它是依靠電極本身在氧的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)來(lái)測(cè)定氧濃度的特性,,測(cè)定過(guò)程中需要消耗氧氣,,所以在測(cè)量過(guò)程中樣品要不停地?cái)嚢瑁话闼俣纫?*少為0.3m/s,,且需要定期更換電解液,,致使它的測(cè)量精度和響應(yīng)時(shí)間都受到擴(kuò)散因素的限制。目前市場(chǎng)上的儀器大多都是屬于Clark電極類型,,每隔一段時(shí)間要活化,,透氧膜也要經(jīng)常更換。張葭冬[7]對(duì)膜電極的精密度作了研究,,用膜電極法測(cè)量溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.41mg/L,變異系數(shù)5.37%,,碘量法測(cè)量溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.3mg/L,,變異系數(shù)為4.81%,。同碘量法做對(duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí),每個(gè)樣品測(cè)定值**誤差小于0.21mg/L,,相對(duì)誤差不超過(guò)2.77%,,兩種方法相對(duì)誤差在-2.52%~2.77%之間。代表產(chǎn)品(Product)有美GYSI公司(Company)的系列便攜式溶解氧測(cè)量?jī)x,,如YSI58型溶解氧測(cè)量?jī)x,,該儀器可高質(zhì)量(Mass)地完成實(shí)驗(yàn)室和野外環(huán)境的測(cè)試工件,操作簡(jiǎn)便攜帶方便。測(cè)量范圍為0~20mg/L,精度為±0.03mg/L,。
三,、熒光猝滅法 熒光猝滅法的測(cè)定是基于氧分子對(duì)熒光物質(zhì)的猝滅效應(yīng)原理,根據(jù)試樣溶液所發(fā)生的熒光的強(qiáng)度來(lái)測(cè)定試樣溶液中熒光物質(zhì)的含量,。通過(guò)利用光纖傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳輸,,由于光纖傳感器具有體積小、重量輕,、電jue緣性好,、無(wú)電火花、安全,、抗電磁干擾,、靈敏度高、便于利用現(xiàn)有光通信技術(shù)組成遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn),,對(duì)傳統(tǒng)的傳感器能起到擴(kuò)展,、提高的作用,在很多情況下能完成傳統(tǒng)的傳感器很難甚**不能完成的任務(wù),,因此非常適合于熒光的傳輸與檢測(cè),。從80年代初起,人們已開(kāi)始了探索應(yīng)用于氧探頭的熒光指示劑的工作,。早期曾采用四烷基氨基乙烯為化學(xué)發(fā)光劑,,但由于其在應(yīng)用中對(duì)氧氣的響應(yīng)在12小時(shí)內(nèi)逐漸衰減(attenuation)而很快被淘汰。芘,、芘丁酸,、氟蒽等是一類很好的氧指示劑〔8〕,如1984年Wolfbeis等報(bào)告了一種對(duì)氧氣快速響應(yīng)的熒光傳感器,,就是以芘丁酸為指示劑,,固定于多孔玻璃。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快(可低于50ms),,并有很好的穩(wěn)定性(The stability of),。1989年,Philip等〔9〕將香豆素1,、香豆素103,、香豆素153三種熒光指示劑分別固定于有機(jī)高聚物XAD-4、XAD-8及硅膠三種支持基體中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),。從靈敏度,、發(fā)射強(qiáng)度和穩(wěn)定性幾個(gè)方面進(jìn)行比較,得出了香豆素102固定于XAD-4支持基體中是作為一種靈敏可逆的光纖氧傳感器的中介的**佳選擇的結(jié)論,。使用這種熒光指示劑的光纖氧傳感器的應(yīng)用范圍(fàn wéi)相當(dāng)廣泛,。 后來(lái)過(guò)渡金屬(R
U,、O
S、R
E,、Rh和Ir)的有機(jī)化合物以其特殊的性能(xìng néng)受到關(guān)注,,對(duì)光和熱以及強(qiáng)酸強(qiáng)堿或有機(jī)溶劑等都非常穩(wěn)定。
ph計(jì)是指用來(lái)測(cè)定溶液酸堿度值的儀器,,是一種常見(jiàn)的分析儀器,,廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、環(huán)保和工業(yè)等*域,。土壤pH值是土壤重要的基本性質(zhì)之一,。一般選用金屬釕鉻合物作為熒光指示劑即分子探針。金屬釕鉻合物的熒光強(qiáng)度與氧分壓存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,,激發(fā)態(tài)壽命長(zhǎng),,不耗氧,自身的化學(xué)成份很穩(wěn)定,,在水中基本不溶解,。釕鉻合物的基態(tài)**激發(fā)態(tài)的金屬配體電荷(electric charge)轉(zhuǎn)移(MLCT)過(guò)程中,激發(fā)態(tài)的性質(zhì)與配體結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系,,通常隨著配體共軛體系的增大,,熒光強(qiáng)度增強(qiáng),熒光壽命增大,,例如在熒光指示劑中把苯基插入到釕的配位空軌道上,,從而增強(qiáng)絡(luò)合物的剛性,在這樣的剛性結(jié)構(gòu)介質(zhì)中,,釕的熒光壽命延長(zhǎng),,而氧分子與釕絡(luò)合物分子之間的碰撞猝滅機(jī)率提高,從而可增強(qiáng)氧傳感膜對(duì)氧的靈敏度,。目前的研究中,,釕化合物的配體一般局限于2,2’-聯(lián)吡啶、1,10-鄰菲洛啉及其衍生物,。Brian[10]在實(shí)驗(yàn)中比較了在不同氫離子濃度指數(shù)介質(zhì)條件下制得的Ru(bpy)2+3與Ru(ph2phen)2+3兩種不同涂料的傳感器(transducer)性能,,結(jié)果顯示在pH=7時(shí)Ru(ph2phen)2+3顯示了更高的靈敏度。為延長(zhǎng)敏感膜在水溶液中的工作壽命,,較長(zhǎng)時(shí)間保持其靈敏性,,呂太平〔11〕等合成Ru(Ⅱ)與4,7-二苯基-1,10-鄰菲洛啉的親脂性衍生物生成的新的熒光試劑配合物Ru(I)[4,7-雙(4’-丙苯基)-1,10-鄰菲洛啉]2(ClO4)2和Ru(Ⅱ)[4,7-雙(4’-庚苯基)-1,10-鄰菲洛啉]3(ClO4)2。Kerry[12]等合成Ru(Ⅱ)[5-丙烯酰胺基-1,10-鄰菲洛啉]3(ClO4)2,。實(shí)驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)隨著配體碳鏈的增長(zhǎng),,熒光試劑的憎水性增大,,流失現(xiàn)象減少,,可延長(zhǎng)膜的使用壽命,。Ignacy[13]等研究還發(fā)現(xiàn)極化后的[Ru(dpp)3Cl2]氧傳感膜對(duì)氧具有更高的靈敏度。吸附在硅膠60上的釕(Ⅱ)絡(luò)合物在藍(lán)光的激發(fā)下發(fā)出既強(qiáng)烈又穩(wěn)定的粉紅色熒光,,該熒光可以有效地被分子氧淬滅,。 其檢測(cè)原理是根據(jù)Stern-Vlomer的猝滅方程[14]:F0/F=1+Ksv[Q],其中F0為無(wú)氧水的熒光強(qiáng)度,,F(xiàn)為待檢測(cè)水樣的熒光強(qiáng)度,,Ksv為方程常數(shù),[Q]為溶解氧(dissolved oxygen)濃度,,根據(jù)實(shí)際測(cè)得的熒光強(qiáng)度F0,、F及已知的Ksv,可計(jì)算出溶解氧的濃度[Q],。