
水质检测中的“溶解氧”生成与测定:一篇全景式综述——从大气溶入到传感器读数,一次说清溶解氧的来龙去脉
什么是“溶解氧”溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)指以分子态 O₂ 形式溶解于水中的氧。它不是“溶剂氧”,而是真正以物理溶解形式存在的氧气。DO 的单位通常用 mg·L⁻¹ 或饱和度 % 表示,是评价水体健康与污染程度的核心参数之一。
溶解氧的“生成”或补给途径
大气复氧 当水体中 DO 未达到饱和时,空气中的 O₂ 在水–气界面通过扩散、湍流、波浪、瀑布等“曝气”作用进入水体。这是绝大多数自然水体最主要的氧补给方式。 光合作用产氧 白天,浮游植物、藻类及高等水生植物利用阳光进行光合作用: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑ 生成的 O₂ 直接溶解于周围水体,提高局部 DO 浓度。因此,同一条河流往往呈现“昼高夜低”的 DO 波动。 人为增氧 污水处理厂、水产养殖池塘、景观水体等通过鼓风机、微孔曝气盘、射流曝气器等设备强制将空气或纯氧溶解到水中,以快速提高 DO。展开剩余66%溶解氧的消耗途径
生化需氧(BOD):微生物分解有机物时消耗 O₂; 化学需氧(COD):某些还原性物质直接和 O₂ 反应; 底泥耗氧:沉积物中的有机物降解及无机还原物氧化; 鱼类及水生生物呼吸:持续从水体中吸取 O₂。当消耗速率 > 补给速率时,DO 下降,甚至趋近于 0 mg·L⁻¹,水体进入厌氧状态,出现发黑、发臭现象。
如何“测定”溶解氧——主流检测技术
碘量法(Winkler 法)——基准方法 原理:在碱性条件下,Mn²⁺ 被 DO 氧化成 Mn(III,IV) 沉淀;酸化后,Mn(III,IV) 氧化 I⁻ 释放 I₂;用硫代硫酸钠滴定 I₂,计算 DO。该方法准确度高,但步骤繁琐,适合实验室校验。 电化学膜电极法——现场与在线监测首选 (1) 极谱法(Clark 电极) 在金/铂阴极与银阳极之间加 0.6–0.8 V 极化电压,O₂ 透过聚四氟乙烯半透膜扩散到阴极并被还原: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ 产生扩散电流,与 DO 浓度成正比。 (2) 原电池法 无需外加电压,铅–银电极体系自发进行氧化还原反应,维护简单,适合便携式仪器。 (3) 温度、盐度、压力补偿 现代仪器内置热敏电阻、压力传感器,可自动修正读数。 荧光淬灭法(LDO)——新一代光学技术 蓝光激发荧光染料,O₂ 分子通过碰撞带走激发能,导致荧光强度和寿命下降。检测相位差即可计算 DO。无需消耗氧气、无膜、无电解液,漂移小,响应快,维护量极低。现场操作要点
采样:避免曝气与气泡,使用专用 BOD 瓶; 校准:空气饱和水或零氧溶液两点校准; 维护:膜电极定期更换膜盖与电解液,荧光帽避免划伤; 数据记录:同步记录水温、气压、盐度,便于后处理。不同场景的典型 DO 标准与意义
地表水Ⅰ类标准:≥7.5 mg·L⁻¹; 渔业水质:连续 24 h 不得低于 5 mg·L⁻¹; 污水处理出水:一般要求 ≥2 mg·L⁻¹,防止受纳水体发黑; 水产养殖:苗期 ≥6 mg·L⁻¹,成鱼 ≥4 mg·L⁻¹。溶解氧的“生成”并非化学反应生成,而是大气氧通过物理溶解和生物光合作用的补给。准确测定 DO,是判断水体自净能力、污染负荷和生态系统健康的核心手段。从经典的碘量法,到电化学膜电极,再到无膜荧光传感器,技术的演进让 DO 监测更便捷、更精准,为水资源管理、污水处理和生态保护提供了坚实的数据支撑。
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