光学溶解氧分析仪研究

　　1 引 言

　　经由化学反应或生化作用而溶解进入水体中的氧气称为溶解氧(dissolved oxygen, DO), 溶解氧含量是衡量水质状况的一个重要标准，也是研究水体自净能力的一个依据。它主要来源于大气的溶解和海洋中藻类及浮游植物光合作用的释放。海洋动物的呼吸作用、生物尸体及生物排泄物的分解、海水中其它有机化学物质的氧化皆消耗溶解氧。被污染的海水溶解氧含量较天然海水低，甚至完全缺氧。随着工农业生产的发展，各种工业废水，生活污水，过量施用化肥农药等对环境的污染日益加剧，尤其是水体污染已成为人们关心的焦点，作为水质的指示标准之一—溶解氧浓度的测定越来越重要，特别是水体溶解氧的现场快速测量更为重要[1]。目前测量水体溶解氧的国家标准方法是 winkler 碘量法，此法存在需消耗大量的样品，耗时长，不能现场实时监测等缺点。另一种可以现场检测溶解氧浓度的电极类型传感器，如比色法，主次波长分光法，伏安法，氧化锆微量氧分析仪，聚苯乙烯阴离子交换膜电化学氧传感器等都是属于电极类型的氧传感器，但由于信号电流从产生到达平衡的过程缓慢，限制了测量速度;而且电极的透气膜容易老化，以及它需要电极本身的氧化还原反应来测定氧的浓度，测定过程中需消耗被测样品中的溶解氧，因此它的测量精确度和响应时间都受到严重约束[2-4]。

　　作者采用荧光测量技术及荧光猝灭原理于 2005 年研制出用于测量海水中溶解氧浓度的光学溶解氧分析仪，它可准确，快速，实时，在线地检测任一水域水体中溶解氧浓度。广泛地应用于江河湖海水域环境监测，水产养殖，饮用水质检验等诸多领域。

　　2 原理与方法

　　由于荧光测量方法具有灵敏度高，简便，样品不需作任何处理就可在现场实时测量物质的浓度，荧光仪器的输出量与被测样品的未知浓度成比例关系，对荧光物质具有良好的鉴别性。使得在测量该物质时不受其他微粒物质的干扰等优点[5-7]，因此，作者采用荧光测量方法作为本仪器研究的技术依托，而作为本分析仪研究的理论依据是荧光猝灭原理[8-10]。所谓荧光猝灭原理是指荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子之间发生的导致荧光强度下降的物理或化学作用过程。与荧光物质分子发生相互作用而引起荧光强度下降的物质称为荧光猝灭剂，荧光猝灭有各种机理，作为本分析仪所采用的是动态猝灭机理，动态猝灭过程是与自发的发射过程相竞争从而缩短激发态分子寿命的过程，溶液中荧光物质分子 F 和猝灭剂分子 Q 相互碰撞而引起的猝灭的最简单的过程可表示为：