CN113075171B - 一种基于光微流激光的溶解氧检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感技术领域，提供一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，采用硫酸亚铁铵提供二价铁离子、三聚磷酸钠作为催化剂、匹配罗丹明B配制得到反应试剂，待反应试剂与待测溶液完成反应后，通过激光光强检测装置测量得到积分光强，将积分光强带入溶解氧标定曲线则得到待测溶液的溶解氧浓度。本发明克服了现有碘量法、氧电极法以及荧光淬灭法各自存在的诸多问题，基于激光光强检测装置实现溶解氧浓度检测，操作简单、成本低廉，反应试剂无污染且消耗量少，并且还具有检测精度高、检测结果可靠性高等优点。

Description

一种基于光微流激光的溶解氧检测方法

技术领域

本发明属于传感技术领域，具体提供一种基于光微流激光的溶解氧检测方法。

背景技术

溶解氧的含量是衡量水体自净能力，评价水体状况的一项重要控制指标；对于环境保护、水产养殖、工业生产和科研实验都有着重要意义。

目前，现有溶解氧的检测方法有碘量法、氧电极法以及荧光淬灭法等，这些方法都或多、或少有自己的缺点；碘量法是最传统的方法，但是却存在需要较大量样品、消耗时间、操作复杂、滴定过程中易产生终点判断不准确、硫代硫酸钠的配制和标定繁琐等问题；氧电极法需要经常更换电解液和透气薄膜，需要定期维护；荧光淬灭法检测装置过于昂贵，限制了其使用。基于此，本发明提供一种新的溶解氧检测方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有溶解氧检测方法存在的诸多问题，提供一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，该方法检测结果可靠、试剂消耗量少、且检测精度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，包括以下步骤：

步骤1.于反应容器中加入反应试剂和待测溶液，使其反应一定时间，之后加入乙醇终止反应，得到反应后的待测混合溶液；所述反应时间区间为5～30分钟；所述反应试剂包含：硫酸亚铁铵、三聚磷酸钠、罗丹明B，所述罗丹明B的浓度区间为0.08～0.24mM，所述三聚磷酸钠的浓度区间为2～8mM，所述硫酸亚铁铵浓度为1～5mM；

步骤2.将反应后的待测混合溶液抽取到激光光强检测装置的法珀腔中，由激光光强检测装置测量得到积分光强；

步骤3.将积分光强带入溶解氧标定曲线，得到待测溶液的溶解氧浓度。

进一步的，所述步骤1中，反应试剂中罗丹明B的浓度为0.08mM、三聚磷酸钠的浓度为2mM、硫酸亚铁铵浓度为4mM。

进一步的，所述步骤1中，反应试剂：待测溶液：乙醇的体积比为6:10:1。

进一步的，所述步骤1中，反应时间为10分钟。

进一步的，所述步骤1中，反应试剂的配制过程如下：

首先，分别称取罗丹明B、三聚磷酸钠和硫酸亚铁铵，各自配成溶液作为原液；

然后，于容器中加入罗丹明B溶液与三聚磷酸钠溶液，并用盐酸或氢氧化钠调节PH值至7；

最后，在上述溶液中加入硫酸亚铁铵溶液。

本发明的工作原理在于：

二价铁离子在特定催化剂的催化之下会与溶解氧发生反应，产生大量的活性自由基，而这些活性自由基具有强氧化性，能够氧化罗丹明，致使罗丹明显色基团断裂、发光强度降低；而激光作为泵浦源，能够诱导罗丹明产生激光；进而通过罗丹明产生激光的光强即可表征溶解氧浓度。因此，本发明提出一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，采用硫酸亚铁铵提供二价铁离子、三聚磷酸钠作为催化剂、匹配罗丹明B配制得到反应试剂，待反应试剂与待测溶液完成反应后，通过激光光强检测装置测量得到积分光强，将积分光强带入溶解氧标定曲线则得到待测溶液的溶解氧浓度。需要说明的是，硫酸亚铁铵在三聚磷酸钠催化下与溶解氧发生反应产生的活性自由基为羟基自由基；溶解氧浓度检测过程中的反应试剂配比、反应条件与溶解氧标定曲线标定过程中相同；

综上，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，克服了原有碘量法中硫代硫酸钠滴定过程中易产生读数误差、终点判断不准确、硫代硫酸钠标准溶液的配制和标定操作繁琐等问题，解决了溶解氧测定仪氧电极需经常更换电解液和透气薄膜等问题，避免了荧光淬灭法溶氧仪价格高昂、维修麻烦等问题；本发明基于激光光强检测装置实现，操作简单、成本低廉，反应试剂无污染且消耗量少，并且还具有检测精度高、检测结果可靠性高等优点。

附图说明

图1为本发明中采用的激光光强检测装置结构示意图。

图2为本发明实施例1中提供的溶解氧传感曲线图。

图3为本发明实施例2中提供的多个罗丹明B浓度下的溶解氧传感曲线图。

图4为本发明实施例3中提供的多个二价铁离子浓度下的溶解氧传感曲线图。

图5为本发明实施例4中提供的多个三聚磷酸钠浓度下的溶解氧传感曲线图。

图6为本发明实施例5中提供的多个反应时间下的溶解氧传感曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，该检测方法基于激光光强检测装置实施，所述激光光强检测装置如图1所示，其中，脉冲激光器用于提供泵浦光，泵浦光通过两个反射镜提高光路、然后经过两个扩束镜对光束进行扩展、之后经过固定衰减降低泵浦能量、再经过分束镜和小孔光阑、经反射镜改变光路后，通过固定衰减，可调衰减再次降低泵浦能量，之后通过会聚透镜将光束汇聚到一点，经反射镜后入射到法珀腔，光谱仪通过探头检测法珀腔的输出激光的光谱，光谱经由电脑计算得到积分光强；同时，为保证整个检测溶解氧检测过程中，入射到法珀腔的泵浦光光强一致，采用能量计对泵浦光进行监测。

基于上述激光光强检测装置，首先进行溶解氧标定曲线测量，包括以下步骤：

步骤1.溶解氧标准溶液的配制；

首先，在超纯水中缓慢添加无水亚硫酸钠，并在添加过程中采用溶氧仪实时测量，直至其变成无氧水；

然后，将氧气通入超纯水中，并同时采用溶氧仪实时测量，直至其溶解氧浓度为20mg/L；

最后，分别取不同体积的无氧水和20mg/L的溶氧水混合得到溶解氧浓度为0mg/L、2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L、10mg/L、12mg/L、14mg/L的标准溶解氧溶液；

步骤2.反应试剂的配制；

首先，采用分析天平称取适量的罗丹明B(RhB)、三聚磷酸钠(STPP)和硫酸亚铁铵，各自配成溶液作为原液；

然后，取一容器，加入罗丹明B溶液与三聚磷酸钠溶液，并用盐酸或氢氧化钠调节PH值至7；

最后，在上述溶液中加入硫酸亚铁铵溶液，得到反应试剂；所述反应试剂中，罗丹明B的浓度为0.08mM(mmol/L)、三聚磷酸钠的浓度为2mM、硫酸亚铁铵浓度为4mM；

步骤3.待测混合溶液的配制；

取若干离心管，分别加入0.6mL的反应试剂和1mL各个浓度的标准溶解氧溶液，盖上盖使其反应10分钟，之后加入0.1mL乙醇终止反应，得到反应后的待测混合溶液；

步骤4.激光光强的检测；

将反应后的待测混合溶液抽取到激光光强检测装置的法珀腔中，测量得到积分光强；

步骤5.溶解氧标定曲线的绘制；

根据测量得到的溶解氧浓度为0mg/L、2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L、10mg/L、12mg/L、14mg/L的标准溶解氧溶液的积分光强，以溶解氧浓度为横坐标、积分光强为纵坐标进行数据拟合，得到溶解氧标定曲线，如图2所示。

基于上述溶解氧标定曲线，则可实现待测溶液的溶解氧检测，具体过程为：首先，取一离心管，加入0.6mL的反应试剂和1mL待测溶液，盖上盖使其反应10分钟，之后加入0.1mL乙醇终止反应，得到反应后的待测混合溶液；然后，将反应后的待测混合溶液抽取到激光光强检测装置的法珀腔中，测量得到积分光强；最后，将积分光强带入溶解氧标定曲线，则得到待测溶液的溶解氧浓度。

实施例2

本实施例提供一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，其与实施例1的区别在于：本实施例提供多种反应试剂对溶解氧浓度为0mg/L，5mg/L，10mg/L，15mg/L的标准溶解氧溶液进行标定；所述多种反应试剂中，罗丹明B的浓度依次为0.08mM、0.12mM、0.16mM、0.20mM、0.24mM，三聚磷酸钠的浓度为2mM，硫酸亚铁铵的浓度为4mM。

最终得到溶解氧标定曲线如图3所示，由图可见，反应试剂中罗丹明B浓度为0.08～0.24mM时，均能够实现溶解氧浓度的传感，其中，罗丹明B浓度为0.08mM时灵敏度最高，为0.12mM、0.16mM、0.24mM时传感动态范围更广。

实施例3

本实施例提供一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，其与实施例1的区别在于：本实施例提供多种反应试剂对溶解氧浓度为0mg/L，5mg/L，10mg/L，15mg/L，20mg/L的标准溶解氧溶液进行标定；所述多种反应试剂中，罗丹明B的浓度为0.16mM，三聚磷酸钠的浓度为2mM，硫酸亚铁铵的浓度依次为0mM、1mM、2mM、3mM、4mM、5mM。

最终得到溶解氧标定曲线如图4所示，由图可见，反应试剂中硫酸亚铁铵浓度为1～5mM时，均能够实现溶解氧浓度的传感，其中，4mM为最佳浓度。

实施例4

本实施例提供一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，其与实施例1的区别在于：本实施例提供多种反应试剂对溶解氧浓度为0mg/L，5mg/L，10mg/L，15mg/L，20mg/L的标准溶解氧溶液进行标定；所述多种反应试剂中，罗丹明B的浓度为0.16mM，三聚磷酸钠的浓度依次为0mM、2mM、4mM、6mM、8mM，硫酸亚铁铵的浓度为4mM。

最终得到溶解氧标定曲线如图5所示，由图可见，反应试剂中三聚磷酸钠浓度为2～8mM时，均能够实现溶解氧浓度的传感，其中，2mM为最佳浓度。

实施例5

本实施例提供一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，其与实施例1的区别在于：本实施例提供多个反应时间对溶解氧浓度为0mg/L，5mg/L，10mg/L，15mg/L，20mg/L的标准溶解氧溶液进行标定；所述反应时间依次设置为0分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟。

最终得到溶解氧标定曲线如图6所示，由图可见，待测混合溶液配制过程中，反应时间为5～30分钟，均能够实现溶解氧浓度的传感，其中时间为5分钟时灵敏度较低，为15～30分钟灵敏度稍高，但反应时间较长，综合而言，10分钟为最佳反应时间。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (5)

1.一种基于光微流激光的溶解氧检测方法，包括以下步骤：

步骤1.于反应容器中加入反应试剂和待测溶液，使其反应一定时间，之后加入乙醇终止反应，得到反应后的待测混合溶液；所述反应时间为5～30分钟；所述反应试剂包含：硫酸亚铁铵、三聚磷酸钠、罗丹明B，所述罗丹明B的浓度区间为0.08～0.24mM，所述三聚磷酸钠的浓度区间为2～8mM，所述硫酸亚铁铵浓度为1～5mM；

步骤2.将反应后的待测混合溶液抽取到激光光强检测装置的法珀腔中，由激光光强检测装置测量得到积分光强；

步骤3.将积分光强带入溶解氧标定曲线，得到待测溶液的溶解氧浓度。

2.按权利要求1所述基于光微流激光的溶解氧检测方法，其特征在于，所述步骤1中，反应试剂中罗丹明B的浓度为0.08mM、三聚磷酸钠的浓度为2mM、硫酸亚铁铵浓度为4mM。

3.按权利要求1所述基于光微流激光的溶解氧检测方法，其特征在于，所述步骤1中，反应试剂：待测溶液：乙醇的体积比为6:10:1。

4.按权利要求1所述基于光微流激光的溶解氧检测方法，其特征在于，所述步骤1中，反应时间为10分钟。

5.按权利要求1所述基于光微流激光的溶解氧检测方法，其特征在于，所述步骤1中，反应试剂的配制过程如下：

首先，分别称取罗丹明B、三聚磷酸钠和硫酸亚铁铵，各自配成溶液作为原液；

然后，于容器中加入罗丹明B溶液与三聚磷酸钠溶液，并用盐酸或氢氧化钠调节PH值至7；

最后，在上述溶液中加入硫酸亚铁铵溶液。

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